Первые электронно-вычислительные машины

В последние десятилетия человечество вступило в компьютерный век. Умные и мощные компьютеры, базируясь на принципах математических действий, работают с информацией, руководят деятельностью отдельных станков и целых заводов, контролируют качество продуктов и различных изделий. В наше время компьютерная техника – это основа развития человеческой цивилизации. На пути к такому положению пришлось пройти короткий, но весьма бурный путь. И долгое время назывались эти машины не компьютерами, а вычислительными машинами (ЭВМ).

Классификация ЭВМ

По общей классификации ЭВМ распределяются на целый ряд поколений. Определяющими свойствами при отнесении устройств к конкретному поколению являются их отдельные структуры и модификации, такие требования к электронно-вычислительным машинам, как быстродействие, объем памяти, методики управления и способы переработки данных.

Разумеется, распределение ЭВМ будет в любом случае условным – существует большое число машин, которые по некоторым признакам считаются моделями одного поколения, а по другим – принадлежат к совершенно иному.

В итоге эти аппараты возможно причислить к несовпадающим этапам формирования моделей электронно-вычислительного типа.

В любом случае, совершенствование ЭВМ идет в рамках ряда этапов. И поколение ЭВМ каждого этапа обладает существенными отличиями друг от друга по элементным и техническим базам, определенному обеспечению конкретного математического типа.

Первое поколение ЭВМ

Поколение 1 вычислительных машин развивалось в первые послевоенные годы. Создавались не очень мощные электронно-вычислительные машины, базирующиеся на лампах электронного типа (таких же, как и во всех телевизорах моделей тех лет). В какой-то мере это был этап становления подобной техники.

Первые вычислительные машины считались экспериментальными типами аппаратов, которые формировались для анализа существующих и новых концепций (в разных науках и в некоторых сложных производствах). Объем и масса компьютерных машин, которые были довольно-таки велики, нередко требовали очень больших помещений. Сейчас это кажется сказкой давно прошедших и даже не совсем реальных лет.

Введение данных в машины первого поколения шло способом загрузки перфокарт, а программное руководство последовательностями решений функций проводилось, к примеру, в ENIAC – способом ввода штекеров и форм наборной сферы.

Несмотря на то, что такой способ программирования оттягивал большой объем времени для того, чтобы подготовить агрегат, для подключений на наборных полях блоков машин он предоставлял все возможности для демонстрации математических «способностей» ENIAC’а, и с существенной выгодой обладал отличиями от способа программной перфоленты, которая подходит для аппаратов релейного типа.

Принцип «мышления»

Сотрудники, которые работали на первых вычислительных машинах, не отрывались, были возле машин постоянно и проводили наблюдение за эффективностью работы имеющихся электронных ламп. Но стоило только выйти из строя хотя бы одной лампе, ENIAC мгновенно поднимался, все в спешке проводили поиск сломавшейся лампы.

Ведущей причиной (хотя и приблизительной) весьма нередкой замены ламп была следующая: нагревание и сияние ламп притягивали насекомых, они залетали во внутренний объем аппарата и «помогали» созданию короткого электрического замыкания. То есть первое поколение этих машин было очень уязвимым к внешним воздействиям.

Если представить, что эти предположения могли быть правдой, то понятие «жучки» («баги»), под которым разумеются ошибки и промахи в программном и аппаратном компьютерном оборудовании, получает уже совсем иное значение.

Ну, а если лампы машины были в рабочем состоянии, обслуживающий персонал мог провести настройку ENIAC на другую задачу, переставив вручную подключения примерно шести тысяч проводов. Все эти контакты было необходимо опять переключать, когда возникала задача другого типа.

Серийные машины

Первой электронно-вычислительной машиной, которая начала выпускаться серийно, была UNIVAC. Он стал первым видом электронного цифрового компьютера многоцелевого назначения. UNIVAC, создание которого датируется 1946-1951 гг., требовал периода сложений 120 мкс, общих умножений – 1800 мкс и делений – 3600 мкс.

Такие машины требовали большой площади, много электроэнергии и имели значительное количество ламп электронного вида.

В частности, советская электронно-вычислительная машина «Стрела» обладала 6400 этих ламп и 60 тысяч экземпляров диодов полупроводникового типа. Скорость быстродействия подобного поколения ЭВМ не была выше двух-трех тысяч действий в секунду, размеры оперативной памяти оказались не больше двух Кб. Лишь агрегат «М-2» (1958 г.) достиг оперативной памяти около четырех Кб, а скорость быстродействия машины достигла двадцати тысяч действий в секунду.

ЭВМ второго поколения

В 1948 г. нескольким учеными и изобретателями Запада был получен первый работающий транзистор. Это был механизм точечно-контактного вида, в котором три тонких металлических проводка контактировали с полоской из поликристаллического материала. Следовательно, семейство ЭВМ совершенствовались уже в те годы.

Первые модели выпущенных компьютеров, которые действовали на базе транзисторов, указывают на свое появление на последнем отрезке 1950-х гг., а лет через пять появились внешние формы цифровой вычислительной машины с существенно расширенными функциями.

Особенности архитектуры

Одним из важных принципов работы транзистора служит то, что он в единственном экземпляре сможет провести определенную работу за 40 обычных ламп, и даже тогда он сохранит более высокую скорость функционирования. Машина выделяет минимальный объем теплоты, и почти не будет пользоваться электрическими источниками и энергией. В связи с этим, требования к персональным электронно-вычислительным машинам выросли.

Параллельно с постепенной заменой обычных ламп электрического типа на эффективные транзисторы шел рост улучшения методики сохранения имеющихся данных. Идет расширение объема памяти, а магнитная модифицированная лента, которая впервые была использована в ЭВМ первого поколения UNIVAC, начала совершенствоваться.

Надо отметить, что в середине шестидесятых годов прошлого столетия использовался метод сохранения данных на дисках. Существенные продвижения в использовании компьютеров дали возможность получить скорость в миллион операций в одну секунду! В частности, к обычным транзисторным компьютерам второго поколения электронно-вычислительных машин можно причислить «Стретч» (Великобритания), «Атлас» (США). В то время СССР также производил высококачественные образцы ЭВМ (в частности «БЭСМ-6»).

Выпуск ЭВМ, которые созданы на базе транзисторов, послужил причиной сокращения их объема, веса, затрат электричества и стоимости машин, также улучшились надежность и эффективность. Это дало возможность увеличить число пользователей и перечень решаемых задач. С учетом признаков, которыми отличалось второе поколение ЭВМ, разработчики таких машин принялись конструировать алгоритмические формы языков для инженерно-технического (в частности, АЛГОЛ, ФОРТРАН) и хозяйственного (в частности, КОБОЛ) типа расчетов.

Гигиенические требования к электронно-вычислительным машинам также возрастают. В пятидесятые произошел очередной прорыв, но все же до современного уровня еще было далеко.

Важность ОС

Но даже в это время ведущей из задач технологий работы вычислительных машин было проведение сокращения ресурсов – рабочего времени и объема памяти. Для решения этой проблемы тогда начали конструировать прототипы нынешних операционных систем.

Типы первых операционных систем (ОС) давали возможность улучшать автоматизацию работы пользователей ЭВМ, которая была направлена на выполнение определенных задач: ввод в машину данных программ, вызовы нужных трансляторов, вызовы необходимых для программы современных библиотечных подпрограмм и т.д.

Поэтому, кроме программы и различной информации, в ЭВМ второго поколения надо было оставлять еще и особую инструкцию, где были указаны этапы обработки и перечень данных о программе и ее разработчиках. После этого в машины стали вводить параллельно определенное число заданий для операторов (комплекты с заданиями), в этих формах операционных систем надо было разделить виды ресурсов ЭВМ между определенными формами заданий – появился мультипрограммный способ работы для изучения данных.

Третье поколение

За счет разработки технологии создания интегральных микросхем (ИС) вычислительных машин удалось получить ускорение быстродействия и степени надежности существующих полупроводниковых схем, а также очередное сокращение их габаритов, использованной величины мощности и цены.

Интегральные формы микросхем теперь начали делать из фиксированного комплекта деталей электронного типа, которые были поставлены в прямоугольных вытянутых пластинах кремния, и имели длину одной стороны не более 1 см. Такой тип пластины (кристаллов) кладут в пластмассовый корпус малых объемов, размеры в нем можно вычислять лишь с помощью выделения т.н. «ножек».

Из-за этих причин темпы развития ЭВМ начали стремительно возрастать. Это позволило не только улучшить качество работы и уменьшить стоимость таких машин, но и сформировать аппараты малого, простого, недорого и надежного массового типа – мини-ЭВМ. Эти машины сначала были предназначены для решения узкотехнических задач в разных упражнениях и методиках.

Ведущим моментом в те годы считались возможности унификации машин. Третье поколение ЭВМ создается с учетом совместимых отдельных моделей разных типов. Все остальные ускорения в развитии математических и различных программных обеспечений содействуют формированию программ пакетной формы для решаемости стандартных задач проблемно сориентированного программного языка. Тогда впервые появляются программные пакеты – формы операционных систем, на которых и развивается третье поколение ЭВМ.

Четвертое поколение

Активное совершенствование электронных устройств вычислительных машин способствовало появлению больших интегральных схем (БИС), где каждый кристалл содержал несколько тысяч деталей электрического типа. Благодаря этому стали производиться очередные поколения ЭВМ, элементная основа которых получила больший объем памяти и сокращенные циклы реализации команд: пользование байтов памяти в одной машинной операции стало значительно уменьшаться. Но, поскольку затраты на программирование почти не уменьшились, то на первый план вышли задачи сокращения ресурсов чисто человеческого, а не машинного типа, как раньше.

Производились операционные системы очередных видов, которые давали возможность операторам производить усовершенствование своих программ непосредственно за дисплеями ЭВМ, это упростило работу пользователей, вследствие чего в скором времени и появились первые разработки новой программной базы. Такой способ абсолютно противоречил теории начальных этапов информационных разработок, которые применяли ЭВМ первого поколения. Теперь ЭВМ стали использоваться не просто для записи больших объемов информации, но и для автоматизации и машинизации самых разных сфер деятельности.

Изменения в начале семидесятых

В 1971 году была выпущена большая интегральная схема вычислительных машин, где находился весь процессор ЭВМ обычных архитектур. Теперь оказалось возможным расположить в одной большой интегральной схеме почти все схемы электронного типа, которые не были сложными в типичной архитектуре ЭВМ. Так, выросли возможности массовых выпусков обычных устройств по небольшим ценам. Это и было новое, четвертое поколение ЭВМ.

С этого времени производилось много недорогих (использовались в компактных клавишных ЭВМ) и управляющих схем, которые умещались на одной либо нескольких крупных интегральных платах, имеющих процессоры, достаточные объемы оперативной памяти и структуру связей с датчиками исполнительного вида в механизмах управления.

Программы, которые работали с регулированием бензина в двигателях автомобилей, с передачей определенной электронной информации или с фиксированными режимами стирки белья, внедрялись в память ЭВМ или при использовании различного вида контроллеров, или прямо на предприятиях.

На семидесятые годы пришлось начало производства универсальных вычислительных систем, которые объединяли процессор, большой объем памяти, схемы разных сопряжений с механизмом ввода-вывода, расположенных в общей большой интегральной схеме (так называемые однокристальные ЭВМ) или, в других вариантах, больших интегральных схемах, расположенных на общей плате печатного типа. В итоге, когда четвертое поколение ЭВМ получило массовое распространение, началось повторение положения, сложившегося в шестидесятых, когда скромные мини-ЭВМ производили часть работ в крупных универсальных ЭВМ.

Свойства ЭВМ четвертого поколения

Электронно-вычислительные машины четвертого поколения были сложными и имели разветвленные возможности:

• обычный мультипроцессорный режим;
• программы параллельно-последовательного вида;
• высокоуровневые виды компьютерных языков;
• возникновение первых сетей ЭВМ.

Развитие технических возможностей этих устройств ознаменовалось такими положениями:

1. Обычное опоздание сигнала на 0,7 нс./в.
2. Ведущий вид памяти – типовой полупроводниковый. Период выработок информации из памяти подобного типа – 100–150 нс. Память – 1012–1013 символов.

Применение аппаратной реализации оперативных систем

Модульные системы начали применяться и для средств программного типа.

Впервые персональная электронно-вычислительная машина была создана весной 1976 г. На базе интегральных 8-битных контроллеров обычной схемы электронной игры, ученые произвели обычную, запрограммированную на языке BASIC, машину игрового типа «Apple», которая получила большую популярность. В начале 1977 г. появилась фирма Apple Comp., и началось производство первых на Земле персональных вычислительных машин Apple. История этого уровня ЭВМ выделяет это событие как самое важное.

В наши дни фирма Apple производит персональные компьютеры Macintosh, которые по многим параметрам превосходят образцы моделей IBM PC. Новые модели Apple отличаются не только исключительным качеством, но и обширными (по современным меркам) возможностями. Разработана также специальная операционная система для компьютеров от Apple, которая учитывает все их исключительные особенности.

Пятый вид поколения ЭВМ

В восьмидесятых процесс развития ЭВМ (поколения ЭВМ) входит в новый этап – машины пятого поколения. Появление этих аппаратов связывают с развитием микропроцессоров. С позиции системных построений характерны абсолютная децентрализация работы, а рассматривая программные и математические базы, – передвижение на уровень работы в программной структуре. Вырастает организация работы электронно-вычислительных машин.

Эффективность пятого поколения ЭВМ – сто восемь-сто девять операций за одну секунду. Для этого вида машин характерна многопроцессорная система, находящаяся на микропроцессорах ослабленных типов, которых используется сразу множественное число. Сейчас появляются электронно-вычислительные виды машин, которые нацелены на высокоуровневые виды компьютерных языков.

fb.ru

Электронно-вычислительная машина. 100 знаменитых изобретений

Электронно-вычислительная машина

Возрастание количества вычислений в XIV–XVI вв. требовало увеличения скорости вычислений. В 1614 г. шотландец Дж. Непер выпустил первые таблицы логарифмов, содержавшие 8-значные логарифмы синусов, косинусов и тангенсов для углов от 0 до 90°. В 1623 г. английский математик Э. Гантер изобрел логарифмическую линейку. Это была логарифмическая шкала, на которой сложение отрезков производилось с помощью циркуля. В 1630 г. англичанин У. Отред заменил циркуль второй линейкой (движком).

В 1645 г. французский физик Блез Паскаль построил суммирующую машину, модифицированную в 1694 г. немецким ученым Лейбницем. Именно Лейбниц предложил двоичное исчисление, применяемое в современных электронно-вычислительных машинах. Его суть заключается в том, что вместо 10 знаков, как в десятичной системе, для записи числа применяются всего два: 0 и 1.

Истинным предком современной электронной вычислительной машины следует считать вычислительное устройство, которое может переходить к следующей операции после выполнения предыдущей самостоятельно, то есть способно выполнять не просто вычислительную операцию, а последовательность операций. Приоритет в данной области принадлежит англичанину Ч. Бэббиджу. В 1818 г. Бэббидж предложил идею устройства для вычисления конечных разностей, работающего на механическом принципе, и спустя 10 лет построил это устройство.

В 1834 г. появилась новая наука – аналитическая механика, изучавшая принципы управления ходом вычислений в счетных машинах, подобно тому как сегодня это делается с помощью машинных программ. В то время электрические сигналы еще не применялись, и информация проходила по устройству через систему зубчатых колес, а источником энергии был масляный привод. Вычислительная машина, спроектированная Бэббиджем, была несовершенна по своему техническому уровню и не была доведена до конца. Тем не менее, замысел Бэббиджа впоследствии лег в основу современных компьютеров.

Во II половине XIX в. стали применяться различные механические и электромеханические счетные устройства. Они служили главным образом для ускорения вычислений в бухгалтерии и статистике. В 1878 г. в России П. Л. Чебышев сконструировал оригинальную суммирующую машину типа арифмометра для сложения и вычитания, дополнив ее вскоре устройством для умножения, что позволило выполнять все четыре арифметические действия. В 1874 г. в России инженер В. Т. Однор сконструировал новый арифмометр, применив в нем более совершенный установочный механизм.

В 1887 г. была создана первая клавишная суммирующая машина – комптометр Фельта. Одной из первых цифровых систем управления, использующих принципы счетно-машинной техники, явилась система управления (правда, довольно примитивная) в ткацкой машине французского изобретателя Ж. М. Жаккара. В середине 1880-х годов он разработал специальное приспособление к ткацкому станку. Лента с отверстиями, расположенными в определенном порядке, управляла механизмом станка, предназначенного для выработки крупноузорчатых тканей, причем в соответствии с расположением отверстий на ленте получались и соответствующие узоры.

В 1889 г. американец Холлерит построил систему для работы с перфокартами, работающую на механическом принципе. Она предназначалась для обработки статистической информации. Через год эта система вступила в строй. В 1896 г. Холлерит учредил акционерное общество, известное сегодня как фирма IBM.

Создание математических устройств, оперирующих не числами, а непрерывно меняющимися величинами, было вызвано потребностями землеустройства и геодезии (например, для измерения площадей криволинейных фигур) еще в середине XIX века.

Такими машинами были планиметры русского инженера П. А. Зарубина и немецкого изобретателя Л. Амслера, созданные в 1854 году.

Первая в мире математическая машина для интегрирования дифференциальных уравнений была создана академиком А. Н. Крыловым при участии механика Р. М. Ветцера в 1911–1912 гг. в Петербурге. В ней были применены механические суммирующие, множительные и интегрирующие устройства. В основном эта машина была сходна с более поздними устройствами для решения дифференциальных уравнений – дифференциальными анализаторами (механическими интегрирующими машинами). В США над аналогичными машинами работал В. Буш, создавший свой первый дифференциальный анализатор в 1925 году. В СССР в 1938 г. был сконструирован механический дифференциальный анализатор с шестью фрикционными интеграторами. Подобные машины, в которых информация представлена в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных физическими величинами, называются аналоговыми вычислительными машинами.

С 1935 г. в Советском Союзе начались исследования по созданию гидравлических устройств для решения ряда дифференциальных уравнений – гидроинтеграторов.

В годы Второй мировой войны в США появились электромеханические автоматические машины с программным управлением на электромагнитных реле.

Первая такая машина была построена в 1944 г. в Гарвардском университете и называлась «МАРК-1». В ней использовались элементы техники построения счетно-аналитических машин с применением перфокарт.

В 1946 г. П. Эккерт и Дж. Моучли создали вычислительную машину ENIAC (электронный интегратор и вычислитель) для расчета баллистических траекторий снарядов. В 1947 г. они начали разработку первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer).

В 1949 г. англичанином Уилксом была создана вычислительная машина EDSAC.

В 1951 г. Эккерт и Моучли создали машину UNIVAC-1 (Universal Automatic Computer). UNIVAC-1 была создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Она работала с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство емкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки. Она была построена для бюро переписи США и пущена в эксплуатацию весной 1951 года.

Первые компьютеры строились на релейных схемах или на вакуумных лампах. По размерам они были настолько большими, что занимали большую комнату. Сейчас такие компьютеры принято называть компьютерами первого поколения.

Компьютеры на вакуумных лампах часто выходили из строя, занимали много места и имели очень ограниченную область применения. В основном они использовались для научно-технических расчетов, которые проводились создателями этих машин. Программы для таких компьютеров составлялись в машинных кодах или на языках, близких к машинным языкам.

Машины с электромеханическими реле позволяли решать довольно сложные задачи, но были относительно тихоходны в счетах.

Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 1950-х годов было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники Д. Эккерта, «архитектура машины определяется памятью». Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы.

В 1951 г. Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. В машине «Whirlwind-1» впервые была применена память на магнитных носителях. Она представляла собой 2 куба с 323 217 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на четность.

В связи с бурным развитием электроники появилась возможность создания совершенных математических машин – устройств, производящих математические и логические операции над вводимыми в них данными и дающих результаты в удобном для использования виде.

Электронные вычислительные машины оперируют с числами, представленными в виде определенной последовательности электрических импульсов – кода данного числа. Перед началом решения той или иной задачи она должна быть сформулирована в виде определенных математических соотношений, причем самые сложные задачи можно решать посредством четырех действий арифметики. Электронно-вычислительная машина осуществляет тот же порядок решения задач, что и человек-оператор, работающий на арифмометре, хотя скорость выполнения операций при этом намного выше. В отличие от таких вычислительных машин, как арифмометр, в электронных машинах весь вычислительный процесс полностью автоматизирован. Операции представлены в виде задания, называемого командой, с помощью определенного кода. Из последовательных команд образуется программа для работы машины, т. е. программа вычислений. Команды хранятся в так называемом запоминающем устройстве (или накопителе).

При программировании стремятся сравнительно небольшим количеством команд обеспечить выполнение большого числа арифметических действий.

После того как в машину введены исходные данные и программа вычислений, записанная в виде условного кода, полная автоматичность вычислительного процесса обеспечивается устройством управления. Введенные в машину коды переносятся в запоминающее устройство, разбитое на множество перенумерованных ячеек. Емкость запоминающего устройства во многом определяет способность машины решать разнообразные задачи.

Основными элементами первых электронных вычислительных машин были электронные реле, электронные вентили и счетчики импульсов. В качестве запоминающей ячейки применялись вакуумные электронные реле – триггерные ячейки. Из комбинаций отдельных деталей и отдельных стандартных ячеек составлялись блоки машины. Основными из них являлись следующие устройства.

Вводное (или входное) устройство служило для первоначального ввода исходных числовых данных и команд (программы вычислений).

Арифметическое устройство, объединяющее электронные счетные схемы, выполняло арифметические действия и логические операции. Оно приводило заданное действие в соответствие с заранее установленным кодом операции. Применение двоичной системы счисления позволяло все арифметические операции свести к операциям сложения и вычитания кодов чисел этой системы. Сложение и вычитание производилось электронным сумматором. Это устройство являлось важнейшим элементом электронной счетной машины.

Запоминающее устройство использовало электронные реле и различного типа линии задержки импульсов, а также магнитные ленты и барабаны, перфорированные ленты и т. п.

Устройство управления, превращало команды в систему импульсов и обеспечивало полную автоматичность всех вычислений по заданной программе.

Устройство контроля позволяло контролировать производимые машиной расчеты, правильность вычислений, сигнализировало о возникших в машине неисправностях и ошибках в вычислениях. Контроль над работой машины осуществлялся с центрального пульта управления.

Выводные (выходные) и печатающие устройства служили для фиксирования полученных результатов вычислений. Эти результаты записывались в виде импульсов кода, а специальные дешифрирующие печатающие устройства преобразовывали записанный код в цифры и печатали их.

Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC-1 фирма «Ремингтон – Рэнд» в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее своего предшественника. Позже в компьютере UNIVAC-1103 впервые были применены программные прерывания.

Сотрудники фирмы «Ремингтон – Рэнд» использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code». Это был первый интерпретатор, созданный в 1949 году Джоном Моучли. Капитан ВМФ США (в дальнейшем единственная в ВМФ женщина-адмирал) Грейс Хоппер разработала первую программу-компилятор А-0. Эта программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме.

В начале 1950-х годов в разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM. В 1952 г. она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM-701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант этой машины – IBM-704 отличался высокой скоростью работы. В ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.

После IBM-704 была выпущена машина IBM-709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В ней впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода – вывода.

В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Их изобретение позволило создать новый тип памяти – дисковые запоминающие устройства, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM-305 и RAMAC.

RAMAC имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12 000 об/мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10 000 знаков каждая.

Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 г. для машины IBM-701 «Систему быстрого кодирования».

В Советском Союзе в 1948 г. развитие вычислительной техники было объявлено общегосударственной задачей. Развернулись работы по созданию серийных ЭВМ первого поколения.

В 1950 г. в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) организован отдел цифровых ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. В 1951 г. здесь была спроектирована БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина), а в 1952 г. началась ее опытная эксплуатация.

В проекте вначале предполагалось применить память на трубках Вильямса, но до 1955 г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной – 800 операций в секунду. Она имела трехадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию и пакетам прикладных программ. Серийно эта машина стала выпускаться в 1956 г. под названием БЭСМ-2.

В этот же период в КБ, руководимом М. А. Лесечко, началось проектирование другой ЭВМ, получившей название «Стрела».

Условия серийного производства предопределили некоторые особенности «Стрелы»: невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В этой машине в качестве внешней памяти применялись 45-дорожечные магнитные ленты, а оперативная память была на трубках Вильямса. «Стрела» имела большую разрядность и удобную систему команд. В конце 1953 г. началось ее серийное производство.

В лаборатории электросхем Энергетического института под руководством И. С. Брука в 1951 г. построили макет небольшой ЭВМ под названием М-1.

В следующем году здесь была создана вычислительная машина М-2, положившая начало созданию экономичных машин среднего класса.

В машине М-2 использовались 1879 ламп – меньше, чем в «Стреле», а средняя производительность составляла 2000 операций в секунду. Были задействованы 3 типа памяти: электростатическая на 34 трубках Вильямса, на магнитном барабане и на магнитной ленте с использованием магнитофона МАГ-8.

В 1955–1956 гг. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М-3 с быстродействием 30 операций в секунду и оперативной памятью на магнитном барабане. Особенность М-3 заключалась в том, что для центрального устройства управления был использован асинхронный принцип работы.

Разработка еще одной малой вычислительной машины под названием «Урал» была закончена в 1954 г. коллективом сотрудников под руководством Рамеева. Эта машина стала родоначальником целого семейства «Уралов», последняя серия которых («Урал-16») была выпущена в 1967 году. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили ее широкое применение.

В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова в Институте кибернетики Академии наук Украины была создана вычислительная машина «Киев», имевшая производительность 6–10 тыс. операций в секунду. Она впервые в СССР использовалась для дистанционного управления технологическими процессами.

В середине 1950-х годов в ЭВМ вместо электронных ламп стали применяться полупроводниковые приборы – диоды и транзисторы. Поскольку срок службы цифровых элементов на полупроводниках значительно выше, чем у электронных ламп, то с переходом на новую элементную базу возросла надежность ЭВМ и уменьшились их габариты. Это обусловило начало создания ЭВМ 2-го поколения. Машины этого поколения просуществовали с первой половины 50-х годов до первой половины 60-х годов. В ЭВМ 2-го поколения можно было использовать несколько языков программирования. Базовое программное обеспечение еще составлялось на языках, близких к машинно-ориентированным языкам, однако в пакетах прикладных программ уже использовались языки более высокого уровня.

Внедрение полупроводников позволило значительно повысить быстродействие ЭВМ: машины 1-го поколения имели максимальное быстродействие несколько десятков тысяч операций в секунду, первые транзисторные ЭВМ – примерно 5000 операций в секунду, затем они достигли уровня 10–15 млн операций в секунду.

В 1960-е годы произошло существенное изменение структуры ЭВМ, в результате которого их различные устройства получили возможность работать независимо друг от друга по разным программам. Это позволило одновременно решать на машине несколько задач. Работой ЭВМ и формированием потока задач занимается особая программа – операционная система. Мультипрограммный режим не ускоряет решение одной определенной задачи, но повышает общую производительность ЭВМ.

Развитие мультипрограммных режимов работы привело к появлению ЭВМ коллективного пользования. В этих машинах устройства ввода располагаются не в машинном зале, а у потребителей услуг, удаленных от ЭВМ. С помощью таких устройств (терминалов) задачи вводятся в машину по линиям связи, а машина, в свою очередь, сама определяет очередность их выполнения. Результаты решения по этим же линиям направлялись на терминалы, где были печатающие устройства или дисплей.

Следующим этапом было объединение ЭВМ коллективного пользования в системы, включающие несколько машин, отдаленных друг от друга на большое расстояние. Это требовало расширения возможностей ЭВМ и усложнения их структуры. Полупроводниковая техника не отвечала новым требованиям в отношении габаритов, надежности, экономичности и технологичности.

На смену ЭВМ 2-го поколения пришли машины 3-го поколения, построенные на интегральных микросхемах. В машинах 2-го поколения блоки собирались из отдельных деталей, соединяемых при помощи пайки. Они имели большие размеры, а места соединений были причиной частых неисправностей. Применение интегральных микросхем дало возможность повысить надежность без увеличения размеров.

Особенностями ЭВМ 4-го поколения были как применение больших интегральных микросхем, заменявших несколько десятков полупроводниковых блоков, так и изменение основных элементов оперативной памяти. Запоминающие устройства на ферритовых сердечниках, применявшиеся на машинах 1–3-го поколений, в этих машинах стали использоваться в качестве дополнительной «медленной» памяти, а оперативная память была основана на полупроводниках.

В 1960–1970-е годы в сверхмощных ЭВМ применялись несколько процессоров, использовавшихся одновременно. Это позволило разделить процесс решения задачи на ряд ветвей, выполнение которых может проводиться независимо друг от друга, что сокращает время выполнения программы.

Число областей, в которых применяются ЭВМ, растет. Это научно-технические расчеты, базирующиеся на математических методах; автоматизация проектирования объектов; экономические расчеты; информационно-справочная служба; математическое моделирование в биологии, медицине, геологии, социологии; автоматическое управление технологическими процессами и сложными установками.

Возможности увеличения скорости быстродействия при помощи обычных процессоров практически исчерпались. Это требует использования новых технологий, в частности оптических.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

public.wikireading.ru

История изобретения и развития электронно-вычислительной техники

Изобретение электронной вычислительной машины — одно из величайших технических достижений второй половины двадцатого столетия, послужившее началом научно-технической революции. К этому грандиозному событию человечество шло с древних времен. В глубокой древности простейшими средствами вычислений были пальцы и фаланги пальцев на руках и ногах. В качестве технических приспособлений были деревянные палочки с нанесенными на них насечками, ремни и шнурки с завязанными узелками. Развитие простейших форм торговли способствовало изобретению разных счетов, одним из древнейших является абак. Это изобретение появилось в Китае и представляло собой доску, покрытую порохом. На доске делались пометки, которые можно было легко стереть. Если палочку с засечками использовали одноразово, то доску можно было использовать многократно. Одной из разновидностей абака была доска с углублениями, в которые при необходимости вкладывали камешки.

Прогресс не стоит на месте. Открытия в одной сфере человеческой деятельности очень часто приводят к важнейшим открытиям в других областях. Так, исследования в области астрономии способствовали появлению новых, более сложных вычислительных устройств. С изобретением Джоном Непером логарифмов (1614 г.), в 1620 году появилась логарифмическая линейка, позволявшая быстро умножать и делить цифры. Одними из первых изобретателей механической вычислительной машины были астроном Вильгельм Шикард (1623 г.) и знаменитый французский ученый Блез Паскаль (1642 г.). Вычислительная машина Паскаля позволяет и сегодня производить операции сложения и вычитания многозначных чисел без малейших погрешностей. В 1694 году появился знаменитый 12-разрядный арифмометр немецкого математика Лейбница, способный выполнять умножение и деление многозначных чисел.

Английский математик, инженер-механик, изобретатель Чарльз Беббидж с 1820 по 1856 годы работал над созданием универсальной аналитической вычислительной машины, способной выполнять нужные действия над предоставленными данными и разрешать арифметические задачи различной сложности. Работая над проектом, который намного опередил свое время, ученый не сумел достичь цели. Но созданные Ч.Беббиджем другие вычислительные устройства, долгое время использовали английские налоговые службы. Создание Беббиджем разностной машины уже поставило его в первые ряды создателей вычислительной техники. А основные идеи устройства и работы машины (механизм введения — выведения, данные, арифметическое устройство и память, условная передача управления, зависящая от полученного результата) были настолько тщательно разработаны, что первый компьютер, появившийся через 100 лет, во многом напоминал аналитическую машину Беббиджа. Его считают изобретателем механического компьютера.

Конец ХІХ века ознаменовался появлением электрических вычислительных машин. В 1875—1880 г.г. американцем Г.Холлеритом была изобретена машина-табулятор, предназначенная для обработки информации, помещенной на перфокарты. Позже Г. Холлерит основал фирму по выпуску табуляторов, на ее основе в начале ХХ столетия появилась известная во всем мире фирма ІBM. В табуляторе Холлерита были задействованы впервые электромеханические элементы. Дальнейшее изобретение и усовершенствование вычислительной техники напрямую связано с широчайшим использованием электричества. Создателем автоматической вычислительной машины принято считать немецкого изобретателя Конрада Цузе. В 1938 году он создал релейную электронно-вычислительную машину Z1 на базе телефонных реле, правда, записывающее устройство было еще механическим, через год появилась усовершенствованная модель Z2. Еще через два года Цузе представил первую в мире вычислительную машину с программным управлением с использованием двоичной системы. Аналогичные релейные вычислительные машины были созданы в США (Г. Айкен). В 1944 году машина «Марк-1» была передана Гарвардскому университету. Машины использовались для расчетов при создании атомной бомбы и расчетов траекторий ракет. Первую ЭВМ создал профессор Дж. Атаиасов и его ассистент К. Бери в годы второй мировой войны. Правда, машина не была еще универсальной. В 1946 году в США появилась первая универсальная ЭВМ (ЕНИАК). Она была сконструирована под руководством Дж. Еккерта и Дж. Моучли. С этого момента началась эра компьютеров. В 1949 г. англичанин М. Уилкс создал машину «ЕДСАК», в памяти которой сохранялась программа. В 1951 году в Америке запущен в серийное производство компьютер «ЮНИАК». Первый компьютер в СССР создан в Украине в 1951 г. — «МЭВМ», в 1952 году была построена «БЭВМ» под руководством академика С. Лебедева. Создание компьютера — лучшее изобретение ХХ века.

mirnovogo.ru

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА — это… Что такое ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА?



ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЭВМ), комплекс технических (аппаратных) и программных средств для обработки информации, вычислений, автоматического управления. В состав ЭВМ входят: процессор, пульт управления, оперативное запоминающее устройство, а также периферийные устройства (запоминающие, ввода-вывода данных и др.). Программные средства ЭВМ (программное обеспечение ЭВМ) содержат операционные системы ЭВМ, пакеты прикладных программ и программы, обеспечивающие автоматическое функционирование ЭВМ. Переработка информации осуществляется процессором в соответствии с программой, хранящейся в оперативной памяти или задаваемой извне (например, с пульта управления), состоит из множества типовых операций (действий), выполняемых над электрическими сигналами, представляющими (в кодированном виде) как собственно информацию, так и команды (предписания) программы. Типовые операции реализуются при помощи электронных устройств; механизмы в ЭВМ используются главным образом в устройствах ввода-вывода информации (например, при вводе данных с клавиатуры дисплея). Результаты обработки информации либо регистрируются на бумаге, либо отображаются на экране дисплея в наиболее удобной для пользователя форме. Важнейшая характеристика ЭВМ — ее производительность, т.е. среднестатистическое число команд программы, выполняемых ЭВМ в единицу времени (в 1994 рекордная производительность приближалась к миллиарду операций за 1 с). Первые ЭВМ появились в середине 40-х гг. 20 в. Обычно выделяют 4 поколения ЭВМ: на электронных лампах (середина 40-х — начало 50-х гг.), дискретных полупроводниковых приборах (середина 50-х — 60-е гг.), интегральных схемах (60-е гг.), больших и сверхбольших интегральных схемах (с середины 60-х гг.). В середине 80-х гг. появились ЭВМ, эксплуатационные возможности которых позволяют отнести их к новому, 5-му поколению ЭВМ. Особую группу составляют персональные ЭВМ (ПЭВМ). С середины 70-х гг. термин «ЭВМ» употребляется главным образом как синоним электронных цифровых вычислительных машин. В зарубежной, а с 80-х гг. и в отечественной литературе для обозначения ЭВМ применяется термин «компьютер». В начале 90-х гг. в мире насчитывалось несколько десятков млн. ПЭВМ, около 1 млн. высокопроизводительных ЭВМ, в том числе несколько сотен ЭВМ с рекордной производительностью (суперЭВМ).

Современная энциклопедия. 2000.

Синонимы:

• ЭЛЕКТРОННАЯ ВЁРСТКА
• ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА» в других словарях:

• электронная вычислительная машина — ЭВМ, компьютер Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. электронная вычислительная машина сущ., кол во синонимов: 2 • …   Словарь синонимов

• ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА — (ЭВМ) вычислительная машина, в которой основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных приборах. Первые ЭВМ, как аналоговые (АВМ), так и цифровые (ЦВМ), появились в сер. 40 х гг. 20 в. В… …   Большой Энциклопедический словарь

• электронная вычислительная машина — ЭВМ Вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах. [ГОСТ 15971 90] Тематики системы обработки информации Синонимы ЭВМ EN electronic computer …   Справочник технического переводчика

• ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА — см. в ст. ЭВМ. Физическая энциклопедия. В 5 ти томах. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988 …   Физическая энциклопедия

• электронная вычислительная машина — (ЭВМ), вычислительная машина, в которой основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных приборах. Первые ЭВМ, как аналоговые (АВМ), так и цифровые (ЦВМ), появились в середине 40 х гг. XX в …   Энциклопедический словарь

• электронная вычислительная машина — вычислительное устройство, в котором основные функциональные элементы выполнены на электронных приборах (электронных лампах, полупроводниковых приборах, интегральных схемах). Вначале, в 1950 х гг., электронные вычислительные машины делили на… …   Энциклопедия техники

• электронная вычислительная машина — kompiuteris statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. computer vok. Computer, m; Rechenanlage, f; Rechner, m rus. вычислительная машина, f; компьютер, m; ЭВМ; электронная вычислительная машина, f pranc. machine à calculer, f; machine… …   Automatikos terminų žodynas

• электронная вычислительная машина — elektroninis kompiuteris statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. electronic computer vok. Elektronenrechner, m; elektronische Rechenmaschine, f; elektronischer Rechner, m rus. электронная вычислительная машина, f pranc. ordinateur… …   Automatikos terminų žodynas

• электронная вычислительная машина — kompiuteris statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. computer vok. Computer, m; Rechenmaschine, f; Rechner, m rus. компьютер, m; электронная вычислительная машина, f pranc. ordinateur, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

• электронная вычислительная машина — 3.36 электронная вычислительная машина: Компонент ПТК, выполненный в виде отдельного устройства, которое используется для выполнения арифметических и логических операций над информацией. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

dic.academic.ru

Электронно-вычислительная машина

Содержание

1 Теоретические основы ЭВМ

1.1 Информация и ее представление

1.2 Системы счисления

1.3 Логические операции

1.4 Единицы измерения информации

2 УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ

2.1 Схема фон Неймана

2.2 Основные устройства компьютера и их свойства

3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.1 Типы программного обеспечения

3.2 Файловая система

3.3 Основные операции с файлами. Буфер обмена

4 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

4.1 Обработка текста. Текстовые процессоры

4.2 Компьютерная графика

4.3 Электронные таблицы

4.4 Реляционные базы данных

5 АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ

5.1 Алгоритмы. Способы записи алгоритмов

5.2 Языки высокого уровня

5.3 Основные операторы и синтаксические конструкции

6 Компьютерные телекоммуникационные сети

6.1 Основные принципы организации современных компьютерных сетей

6.2 Служба Domain Name System (DNS)

6.3 Почтовая служба (E-mail)

6.4 Служба File Transfer Protocol (FTP)

6.5 Служба World Wide Web (WWW)

6.6 Ресурсы в сети

1 Теоретические основы ЭВМ

Информатика — научное направление, занимающееся изучением законов, методов и способов накапливания, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ (электронно-вычислительных машин, или компьютеров) и других технических средств.

Информация — сведения об окружающем мире, повышающие уровень осведомленности человека.

До тех пор пока информации было сравнительно немного, люди могли получать и обрабатывать ее без посредников. Увеличение объема информации привело к необходимости ускорения ее обработки. Для этого были разработаны механизмы, которые автоматизировали обработку информации. В настоящее время самым совершенным устройством переработки и хранения информации является компьютер.

Для машинной обработки информацию нужно записывать, обозначая буквы числами, т. е. кодировать ее. Поэтому необходимо знать способы записи числа.

Системой счисления называют правила записи чисел с помощью некоторого набора знаков. В зависимости от способа использования этих знаков системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисления каждый знак обозначает всегда одно и то же число, и значения знаков в записи обычно суммируются. Поэтому для записи больших чисел приходится вводить все новые и новые знаки. Непозиционные системы неудобны для записи больших чисел и для выполнения арифметических действий.

Одна из непозиционных систем счисления используется до сих пор — это римская система счисления.

В римской системе счисления для небольших чисел используются такие знаки: I — один; V — пять; X — десять; L — пятьдесят; С — сто; D — пятьсот; М — тысяча.

В позиционных системах счисления один и тот же символ имеет разное количественное значение в зависимости от его позиции относительно других символов.

Поэтому в позиционных системах для записи любых чисел используется ограниченный набор знаков — цифр.

Наиболее распространенным способом записи чисел является десятичная система счисления. Каждое число записывается сочетанием десяти цифр, в котором вклад конкретной цифры зависит от ее позиции — разряда. Разряды отсчитываются справа налево. Первый разряд называется разрядом единиц, второй — десятков, третий — сотен и т. д.

Число в десятичной системе счисления можно представить с помощью операций сложения, умножения и возведения в степень. Например,

4321 = 4 • 10³ + 3 • 10² + 2 • 10¹ + 1 • 10°.

Помимо десятичной системы счисления есть и другие позиционные системы: двоичная, троичная, четверичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и т. д. Их названия соответствуют основаниям систем счисления.

Основание системы счисления — число цифр, допустимых в записи числа. Если число записано в позиционной системе счисления, отличной от десятичной, то основание указывается нижним индексом.

Например,

43218 = 4 • 8³ + 3 • 8² + 2 • 8¹ + 1 • 8°.

Если основание системы счисления больше 10, то числа, которые больше 9, обозначают последовательно буквами латинского алфавита. Например,

AD2F₁₆ = 10 • 16³ + 13 • 16² + 2 • 16¹ + 15 • 16° = 44335₁₀ .

В компьютерах используется двоичном, система счисления.

Поскольку запись числа в двоичной системе пол

mirznanii.com

Электронно вычислительные машины и системы



Электронно вычислительные машины и системы

Руководство

Заведующий кафедрой — д.т. н., профессор Лукьянов Виктор Сергеевич

Заместитель заведующего кафедрой по учебной работе — ст. пр. Слесарев Георгий Валентинович

Заместитель заведующего кафедрой по научной работе — к.т. н., доцент Андреев Андрей Евгеньевич

Общие сведения

Кафедра «ЭВМ и системы» образована в 1989 г. в результате разделения кафедры «Вычислительная техника». Первый заведующий кафедрой — доктор технических наук, профессор Евгений Иванович Духнич. С 1999 г. кафедру возглавляет доктор технических наук, профессор Виктор Сергеевич Лукьянов.

Предметом профессиональной деятельности выпускников являются: разработка, эксплуатация средств вычислительной техники, локальных и корпоративных компьютерных сетей, систем мобильной связи, техническое обслуживание и администрирование информационных систем и сетей, разработка прикладного программного обеспечения, баз данных и знаний, сопровождение систем автоматизированного проектирования.

Кафедра ведет подготовку бакалавров, инженеров, магистров и аспирантов на дневной и вечерней формах обучения.

Научные разработки кафедры связаны с двумя направлениями. Одно из них посвящено созданию высокопроизводительных специализированных процессоров, а второе — синтезу сетей связи для передачи информации, разработке аппаратно-программных средств защиты информации в компьютерных сетях, вопросам криптографии. Первое возглавляет доктор наук Е. И. Духнич, второе — доктор наук В. С. Лукьянов. В рамках этих направлений готовятся и аспиранты кафедры. За период с 1989 г. защищены четырнадцать кандидатских и две докторские диссертации.

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

• Электронно-дырочный переход
• Электронное издание «Наука и технологии России — STRF.ru»

Смотреть что такое «Электронно вычислительные машины и системы» в других словарях:

• Электронно-вычислительные машины — Комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. В ЭВМ I поколения, элементной базой являлись электронные лампы. Она обладала малым быстродействием и… …   Энциклопедия РВСН

• Московский электронно-технологический техникум — Координаты: 55°40′30″ с. ш. 37°38′59″ в. д. / 55.675° с. ш …   Википедия

• РМ 4-239-91: Системы автоматизации. Словарь-справочник по терминам. Пособие к СНиП 3.05.07-85 — Терминология РМ 4 239 91: Системы автоматизации. Словарь справочник по терминам. Пособие к СНиП 3.05.07 85: 4.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ 1. Внедрение автоматических средств для реализации процессов СТИСО 2382/1 Определения термина из разных документов:… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ВолгГТУ — Волгоградский Государственный Технический Университет (ВолгГТУ) Год основания 1930 Ректор Иван Александрович Новаков …   Википедия

• Московский государственный технический университет гражданской авиации — (МГТУ ГА) …   Википедия

• Институт автоматики и вычислительной техники МЭИ — Институт автоматики и вычислительной техники Московского энергетического института (технического университета) …   Википедия

• Брестский государственный технический университет — (БрГТУ, БрПИ, БИСИ) Год основания 1966 Ректор …   Википедия

• режим — 36. режим [частота вращения] «самоходности»: Режим [минимальная частота вращения выходного вала], при котором газотурбинный двигатель работает без использования мощности пускового устройства при наиболее неблагоприятных внешних условиях. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Контрольно-кассовая машина — Контрольно кассовый аппарат «National» Контрольно кассовая машина (ККМ)  предназначена для регистрации приобретения товара и печати кассового чека. ККМ в России это инструмент контроля со стороны государства за налично де …   Википедия

• ККМ — Контрольно кассовый аппарат «National» Контрольно кассовая машина (ККМ)  это инструмент контроля со стороны государства за налично денежным оборотом, полнотой и своевременностью оприходования предприятиями наличной выручки. Кассовый аппарат … …   Википедия

Книги

• Системы автоматизированного проектирования. Учебное пособие, Гафуров Хайдар Литфуллович, Гафуров Тимур Хайдарович, Смирнов Виктор Павлович, Изложены основы отдельных видов обеспечения САПР, значительное внимание уделено техническим средствам САПР. Рассмотрены подсистемы САПР, используемые на различных этапах и уровнях… Категория: Другие Издатель: Судостроение, Производитель: Судостроение, Подробнее  Купить за 375 грн (только Украина)
• Системы автоматизированного проектирования. Учебное пособие, Гафуров Хайдар Литфуллович, Гафуров Тимур Хайдарович, Смирнов Виктор Павлович, Изложены основы отдельных видов обеспечения САПР, значительное внимание уделено техническим средствам САПР. Рассмотрены подсистемы САПР, используемые на различных этапах и уровнях… Категория: Графика. Дизайн. Проектирование Издатель: Судостроение, Подробнее  Купить за 287 руб

dic.academic.ru

14. Применение электронно-вычислительных машин

Поль Армер

Я хочу рассмотреть вопрос использования вычислительных машин в анализе систем, а не их конструктивные особенности. Большинство сделанных в этой главе замечаний относится к электронно-цифровым вычислительным машинам, а не к аналоговым; различие между ними следующее. В аналоговой вычислительной машине числа представляются физическими величинами, которые используются в работе машины. Простейшим примером аналогового вычислительного устройства является логарифмическая линейка, на которой числа изображаются расстояниями, результаты вычислений можно прочесть, измеряя расстояния на линейке. В цифровых машинах число представляется дискретным состоянием некоторой физической величины; для этого используются такие элементы, как зубчатые колеса, двухпозиционные переключатели, реле и т. д. Простыми примерами цифровых вычислительных устройств являются пришедшие из древности счеты и настольный арифмометр.

По-видимому, лучшим основанием для дальнейшего изложения может служить следующая история. Несколько лет назад те, кто пользовался вычислительными машинами, разделились во мнении относительно достоинств некоего численного метода. На конференции в ассоциации пользователей однажды развернулась оживленная дискуссия по этому поводу, в ходе которой один из противников этого метода воскликнул: «Ваш метод опасен, вы играете с огнем». На это получил ответ: «Человек начал играть с огнем еще в каменном веке, не начни он, мы бы из этого века не вышли».

Вывод очевиден: человек может пользоваться огнем, но должен постоянно помнить об опасности ожога. Разумно запастись огнетушителем. К сожалению, вычислительные машины коварны так же, как и огонь, но причиняемый ими ожог не вызывает немедленную боль.

14.1. Преимущества вычислительных машин

Каковы основные свойства вычислительных машин? Они обладают быстродействием и надежностью и с их помощью можно дешево получить результаты, как только задача подготовлена для ввода в машину. Однако все познается в сравнении. Мы сравним работу вычислительной машины и человека при решении одной и той же задачи. Чтобы показать характерные свойства машины, мы рассмотрим задачу, с которой вычислительная машина справляется блестяще: расчет траектории ракеты.

В 1949 г. корпорация РЭНД получила новую электронную вычислительную машину. Одной из первых ее задач был расчет траектории ракеты. Прежде чем готовить задачу Для ввода в машину, руководитель темы дал задание просчитать три варианта вручную. Для расчета каждого варианта на настольных счетных машинах потребовался полугодовой труд двух человек, который по ценам тех дней обошелся приблизительно в 5000 долл. Расчет каждого варианта на ЭВМ занял около трех часов; стоимость такого расчета, включая оплату за пользование машиной и труд оператора, была меньше 100 долл. Выигрыш по времени был, тем самым, более 600 раз и по стоимости примерно в 50 раз. (Отладка решения задачи на машине заняла около двух недель и обошлась примерно в 500 долл.) Самое поразительное, по-видимому, состояло в том, что, когда был проведен повторный расчет на машине вариантов, просчитанных вручную, тогда в каждом из них были обнаружены ошибки, хотя расчетчицы постоянно проверяли друг друга.

То было много лет назад. С тех. пор вычислительная техника резко двинулась вперед. Современная вычисли­тельная машина корпорации РЭНД проделала бы ту же работу примерно за полсекунды при затратах, меньших 25 центов на вариант. По сегодняшним понятиям это три­виальная проблема.

Мы не будем рассматривать другие преимущества вычислительных машин — их быстродействие, надежность и экономичность. Они были разрекламированы столь широ­ко, что возникла тенденция переоценивать возможности вычислительных машин. То обстоятельство, что вычислительная машина может просуммировать столбец чисел высотой с небоскреб за четыре секунды при расходах в 20 центов, может представлять академический интерес для исследователя или для руководителя, решение которого тот готовит, но по-настоящему, в сущности, оба они хотят знать, что может и что не может вычислительная машина сделать для них.

Подведем итог всему сказанному о быстродействии, расходах и надежности посредством табл. 14.1.

Таблица 14.1 – Сравнение быстродействия, стоимости и надежности

Методы	Затраченное время	Расходы в долларах	Коэффициент ошибки	Время и стоимость отладки87
Вручную (1949 г.)	6 мес.	5000,0	1/103	—
Вычислительная машина (1949 г.)	3 часа	100,0	1/105	Две недели; 500 долл.
Вычислительная машина (1956 г.)	1 мин.	5,0	1/109	Два дня; 300 долл.
Вычислительная машина (1961 г.)	0,5 сек.	0,25	1/1012	Один день; 200 долл.
Вычислительная машина (1965 г.)	0,005 сек.	0,01	1/1016	Один день; 100 долл.

Приведенные в таблице предположительные оценки для двух последних столбцов кажутся вполне реальными, хотя при быстродействии, характерном для этих машин, количество операций между двумя ошибками может быть большим, а время работы машины между двумя ошибками не обязательно будет велико.

Вернемся к основному вопросу о полезности машины для исследователя. Это одно из средств в его арсенале, подобно карандашу и листу бумаги или арифмометру. Необходимое условие для использования вычислительной машины состоит в том, чтобы исследователь был способен сформулировать свою задачу (или ее часть) в виде математической модели, но это условие не является достаточным с экономической точки зрения, поскольку, как будет показано ниже, во многих случаях решение задачи на машине бывает невыгодно.

Решение задач на вычислительных машинах, несомненно, обладает определенными достоинствами. Используя преимущества машин по быстродействию и стоимости, можно, очевидно, с их помощью рассмотреть больше вариантов, чем при ручном счете. На практике обычно этими факторами пользуются, не просто рассчитывая для одной и той же модели большее количество вариантов, чем вручную, а делая модель более сложной. Покажем это на примере. Несколько лет назад одна организация получила новую вычислительную машину — головной образец новой серии. Конечно, всех потребителей вычислительных машин интересовало, насколько быстрее работает новая машина по сравнению со старой. Когда этот вопрос был задан на одном совещании, глава организации сообщил, что на новой и на старой машине была решена одна и та же физическая проблема. Расчет одного варианта на старой машине потребовал одного часа, на новой машине — трех часов. Он объяснил недоуменным слушателям, что новая машина позволила рассмотреть гораздо более сложную модель.

Вывод в том, что вычислительная машина дает исследователю возможность рассмотреть проблему более детально, чем позволяют ручные методы. Более сложная модель дает возможность проводить общую оптимизацию в более широких пределах и избежать необходимости в субоптимизации при условии, конечно, что исследователь сможет построить необходимую для этого более сложную модель.

Вычислительная машина позволяет исследователю проверять чувствительность его моделей. Одна из самых важных особенностей использования вычислительных машин состоит в том, что она дает возможность сравнительно просто ответить на многочисленные вопросы типа: «А что, если…?»

Быстродействие и дешевизна расчетов на вычислительных машинах позволят вместо обычных методов расчетов вероятностных величин использовать мощный метод Монте-Карло; суть различий между этими методами была рассмотрена в гл. 4. Существуют также такие проблемы, требующие анализа или обработки информации, решение которых без вычислительной машины практически невозможно.

studfiles.net