перевода величин, поступающих в ЭЦМ в непрерывной форме, в цифровую. Результаты работы ЭЦМ, выдавае мые из машины в цифровой форме, преобразуются в непрерывную форму.
Типы машин
Первые электронные цифровые машины (ЭЦМ) использовались для выполнения трудоемких вычисле ний при решении самых разнообразных научных и тех нических задач; они получили название машин обще го (или универсального) назначения.
Решение сложных вычислительных задач характе ризуется необходимостью выполнять большое количе ство операций при сравнительно небольшом количест ве исходных данных и получаемых результатов. Это обстоятельство в значительной степени определяет со став и основные технические характеристики машины.
Сложные вычислительные задачи решаются на ма шинах, образующих в настоящее время наиболее широ кий класс электронных цифровых вычислительных ма шин (ЭЦВМ).
Исходная информация (программа вычислений . и исходные числовые данные) для ввода в ЭЦВМ подго товляется человеком. Подготовка информации заключа ется в преобразовании формы записи и кодировании — с- бланков информация переписывается в закодирован ном виде на перфорационные карты или ленты. Перене сение информации на такой носитель и запись ее в ви де системы отверстий в бумажной карте или ленте по зволяют быстро, без лишних затрат времени ввести информацию в запоминающие устройства машины пе ред началом решения задачи.
Вывод результатов производится также на перфо карты или перфоленту с последующей отпечаткой их на печатающем устройстве вне машины или печатанием результатов на быстродействующем устройстве, соединен ном непосредственно с машиной. Окончательное оформле ние результатов решения задачи производится вручную программистом.
Таким образом, электронные цифровые вычислитель ные машины .используются по схеме «человек — маши
на — человек». Характерным для ЭЦВМ являются: руч ная подготовка данных, сравнительно слаборазвитая система устройств ввода — вывода, использование запо минающих устройств средней емкости при высоком бы стродействии арифметического устройства, большое раз нообразие операций, .выполняемых машиной.
ЭЦВМ универсального назначения по возможно стям и сложности конструкции условно делятся на три вида: большие, средние и малые. Образцами первого вида являются, например, отечественные машины «Стре ла», БЭСМ-2 и другие; американские машины 700-й се рии фирмы ИБМ, машины «Унивак» и др. Они содер жат по 5—7 тыс. электронных ламп и .потребляют около 100 ква электроэнергии. Скорость вычислений на сов ременных больших ЭЦВМ составляет от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч операций в секунду. Средние (отечественные машины «Киев», «Раздан-2», «Урал-2») и' малые машины (М-3, «Минск-1», «Урал-1») имеют меньшие возможности по скорости и точности работы, но они конструктивно проще, дешевле и надеж нее больших машин.
При многократном решении задачи по одной и той же программе, но при разных исходных числовых дан ных, или при решении задач достаточно узкого клас са для повышения производительности ЭЦВМ обычно отказываются от принципа универсальности ее приме нения и переходят ж применению специализированной машины.
Специализированные машины, будучи простыми и достаточно дешевыми, по своим возможностям не усту пают, а часто и превосходят универсальные машины при решении того класса задач, для которого предназначе ны. Кроме того, они обладают еще одним существен ным преимуществом — простотой подготовки задач для решения. К таким машинам относятся, например, циф ровые дифференциальные анализаторы, машины для подсчета парных произведений, машины для решения волновых уравнений и т. п.
‘ Применение электронных цифровых машин для обра ботки больших объемов информации при решении ин формационных задач привело к созданию нового клас
са машин — информационно-логических (ИЛМ). |
Для |
информационных задачхарактерен большой объем |
ис |
31
ходной информации, вводимой в машину, и большое, количество выводимой информации. Для обеспечения оперативной работы ИЛМ имеют хорошо развитую си стему устройств -ввода, которая обычно имеет гибкую структуру. Она позволяет использовать перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, производить ввод данныхнепосредственно с телеграфных и телефонных каналов связи и др. В некоторых ИЛМ ввод данных производится одновременно по нескольким каналам без прерывания ра боты машины по выполнению вычислений;
При решении информационных |
задач • над числами |
и словами, введенными в машину, |
обычно выполняется |
сравнительно небольшая последовательность логиче ских и арифметических операций (поиск необходимых данных в запоминающих устройствах, сравнение, сло жение, вычитание и т. п.). В связи с тем что поиск ин формации в запоминающих устройствах большой ем кости занимает значительное время, очень высокие тре бования к быстродействию арифметического устройст ва могут не предъявляться.
Выводные устройства ИЛМ рассчитаны на вывод из машины огромных массивов информации — результатов обработки данных. Они позволяют выводить результа ты на различные устройства (печатающее устройство, устройство отображения графической информации на' специальных электронно-лучевых трубках, построители
графиков и т. п.), а при необходимости |
передачи ре |
зультатов на большие расстояния — в |
каналы связи. |
Вывод результатов из ИЛМ возможен |
на несколько |
выводных устройств без прекращения и даже без за медления основной работы машины.
Информационно-логические машины, используемые для решения задач статистики, экономики, бухгалтер ского учета, а также для решения сложных логиче ских задач (например, автоматического перевода тек стов с иностранных языков), работают по схеме «чело век — машина — человек».
При использовании ИЛМ для обработки данных, получаемых при испытании каких-либо объектов, эти данные, характеризующие состояние и параметры ис следуемого объекта, поступают через преобразующие устройства непосредственно на вход машины, обраба тываются в ней, и результаты обработки выдаются ис
32
следователю в виде отпечатанных таблиц или в виде графиков. В этом случае ИЛМ работает по схеме «объ ект— машина — человек».
Электронные цифровые машины, ■действующие в си стемах автоматического управления и регулировки, об разуют класс так называемых управляющих машин.
Электронная ' ■ цифровая .управляющая машина (ЭЦУМ) — одно из центральных звеньев сложного ком плекса автоматического управления. Она предназнача ется для того, чтобы задавать, программу работы, об рабатывать информацию о состоянии отдельных эле ментов и всей системы в целом и вырабатывать необ ходимые управляющие сигналы. В более сложных слу чаях машина выполняет расчеты по выбору оптималь ного режима работыГсйстемы управления.
ЭЦУМ содержит те же основные' устройства, что и любая цифровая электронная вычислительная машина, однако между ними: имеется и некоторое различие, от носящееся главным образом к устройствам ввода — вывода.
Исходные данные поступают в управляющую маши ну автоматически, непосредственно от измерительных и контрольных приборов, определяющих параметры со стояния системы. Режим работы системы автоматиче ского управления производственным и технологическим
процессами характеризуется непрерывно |
меняющими |
|||
ся величинами (температурой, |
давлением, |
скоростью, |
||
составом вещества и др.). Эти |
величины перед вводом |
|||
в машину с помощью |
специальных |
преобразующих |
||
устройств должны быть |
представлены |
в |
дискретной |
|
(цифровой) форме. При выводе управляющих сигналов, воздействующих непосредственно на органы управле ния системой, производится обратное преобразование. Электронные цифровые управляющие машины работа ют по схеме «объект машина — объект».
Управляющие машины должны обладать высоким быстродействием, обеспечивающим достаточно точное управление быстропротекающими процессами. Кроме ■того, они должны быть очень надежными и иметь кон струкцию, обеспечивающую нормальную работу, напри мер, при необычных температурных условиях, в загряз
ненной атмосфере и т. д.
В настоящее время ведутся исследовательские ра-
3 |
А. Нечаев |
33 |
боты по расширению возможностей ЭЦУМ. Использо вание устройства, накапливающего информацию о со стоянии системы, позволяет машине сравнивать прош лое состояние с настоящим и на основе анализа посту пившей в нее информации вырабатывать наилучший, с точки зрения заранее выбранного критерия, вариант решения. Запоминание оптимальных вариантов в виде последовательности команд как бы приспосабливает машину к данной системе, формирует необходимый за кон управления.
ПОДГОТОВКА ЗАДАЧ ДЛЯ РЕШЕНИЯ НА ЭЦМ
Условия большинства научно-технических задач и задач экономики можно записать в виде уравнений, для решения которых необходимо выполнять такие матема тические операции, как вычисление интегралов и различ- . ных тригонометрических функций, производить, дейст- . вия над комплексными' числами, решать .дифферен циальные уравнения и т.. п.
На электронных цифровых маши.нах решаются зада чи разнообразных типов и самой-различной трудности, поэтому прежде, чем задача сможет быть введена в ма шину, необходимо выполнить большую подготовительную работу.
Электронная цифровая машина может выполнять только простейшие арифметические и логические опера-., ции, а также операции управления. Большинство ЭЦМ может лишь складывать, вычитать, умножать и делить. Машины, выполняющие непосредственно (не по спе циальной программе) извлечение квадратного корня, строятся редко.
Логические операции включают в себя' операций сравнения (определение равенства или'неравенства чй: ' сел, определение большего числа из двух сравнивае мых чисел и т. п.), логического сложения, логического умножения и др. Логические операции составляют oc-i' новную массу операций при решении’ различных логи-
’ ческих и информационных, задач. . |
" * |
Операции управления используются н машине для уп |
|
равления последовательностью выполнения |
программ. |
К ним относятся операции передачи управления и неко торые другие. .
з* |
35 |
Порядок решения задачи
При решении задачи, на электронной цифровой вы числительной машине необходимо выполнить следующую
последовательность работ. |
о п и с а н и е |
|||||
1) |
Составить |
м а т е м а т и ч е с к о е |
||||
з а д а ч и , т. |
е. записать ее в виде формул |
или |
урав |
|||
нений, определить |
последовательность |
их |
вычислений |
|||
и установить |
количественные значения |
начальных (ис |
||||
ходных) числовых данных, необходимых |
для |
реше |
||||
ния |
задачи. |
Разработанные в математической |
теории |
|||
методы исследования различных процессов |
дают воз |
|||||
можность описать их в такой форме почти для любой задачи.
2) Выбрать |
ч и с л е н н ы й м е т о д решения задачи. |
Существующие |
математические методы численного ре |
шения задач являются достаточно универсальными и позволяют получать результаты с любой, наперед задан ной точностью. Однако для этого требуется проделать огромное количество простейших операций, которые мо гут быть выполнены машиной.
3) Разработать а л г о р и т м , т. е. четко и однознач но определить все этапы и разветвления процесса реше ния задачи на машине. При решении сложных задач целесообразно расчленить программу на более простые части, соответствующие основным этапам вычислений. При разработке алгоритма весь вычислительный про цесс можно записать в виде блок-схемы или последо вательности операторов, обозначающих этапы решения задачи.
4)Разработать общую организацию программы и распределение памяти машины. При распределении па мяти назначаются участки запоминающих устройств: для размещения программы вычислений, исходных чис ловых данных, промежуточных и окончательных ре зультатов.
5)Составить для каждого этапа программу (т. е. последовательность команд, выполняемых машиной) в виде буквенных символов.
6)Произвести' п е р ек о д и р о в к у программы и на чальных данных задачи из буквенных символов в код,' принятый в машине. Кодирование обычно представляет
36