ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

(ЭВМ), компьютер, технич. устройство для автоматич. реализации процессов переработки информации, способное хранить информацию и обмениваться ею с внешней средой; строится на элементах электронной техники, принадлежит к классу цифровых машин. Различаются ЭВМ универсальные и специализированные — настольные, бортовые и т. п. Иногда к ЭВМ относят аналоговые вычислит. машины. Обычно термином ЭВМ обозначают универсальные цифровые ЭВМ; в дальнейшем имеется в виду это понимание термина.
ЭВМ — самое мощное из совр. средств вычислительной техники. ЭВМ стали базой для развития новой области индустрии — реализации различных процессов анализа и переработки информации, приводящих к появлению новой информации, к-рую можно использовать либо непосредственно по мере её получения, либо накапливать для последующего использования. Эксплуатация ЭВМ или комплексов ЭВМ осуществляется структурными подразделениями или самостоят. хоз. орг-циями, вычислительными центрами (см. т. 4, Дополнения). ЭВМ способствуют усилению интеллектуальных возможностей отд. людей, коллективов и орг-ций и человеческой цивилизации в целом. ЭВМ — существенный инструмент, а иногда и движущая сила научно-технич. революции. Без использования ЭВМ невозможно развитие ядерной энергетики, космич. исследований, решение многообразных задач планирования и управления на различных уровнях нар. х-ва.
ЭВМ — универсальное устройство; она способна осуществить любой процесс переработки информации, если выполнены условия: а) процесс может быть описан в виде алгоритма; б) подлежащая переработке информация (исходные данные) представлена в форме, из к-рой она может быть преобразована устройствами ввода во внутр. представление, т. е. в последовательность битов (бит — самая мелкая единица информации; может принимать два значения, условно наз. нулём и единицей); в) результаты переработки информации могут быть преобразованы устройствами вывода из внутр. представления в форму, позволяющую использовать их для намеченной цели; г) специальная компонента ЭВМ — память — достаточна для хранения информации, с к-рой приходится оперировать при реализации процесса; д) скорость переработки достаточна для получения результатов за приемлемое для намеченной цели время.
В выполнении процессов переработки и хранения информации, удовлетворяющих перечисленным условиям, возможности ЭВМ принципиально превосходят возможности людей и групп людей. Условия (а) — (д) не позволяют считать ЭВМ всемогущим средством, но они не препятствуют использованию ЭВМ для решения огромного класса науч. и практич. задач. Так, в виде алгоритма могут быть описаны практически все расчёты в области прикладной математики и физики, мн. технологии, процессы, целый ряд процедур учёта, планирования и управления. Устройства ввода и вывода символьной информации, к-рыми снабжена каждая ЭВМ, дают возможность обрабатывать и получать в качестве результатов записи чисел, тексты на естеств. языке, таблицы. Многие ЭВМ снабжены устройствами для вывода результатов в виде графиков на бумаге, вывода символов или графич. изображений на экраны электроннолучевых трубок или на информационные табло. Нек-рые ЭВМ снабжены устройствами ввода и вывода информации, представленной значениями электрич. напряжения. Перечисленные возможности ввода и вывода вполне достаточны для организации научно-технич. и бухгалтерских расчётов, автоматизации проектно-конструкторских работ, отображения хода лабораторных и натурных экспериментов, управления технич. устройствами и т. д. Объёмы памяти и быстродействие ЭВМ позволяют, нанр., рассчитать траектории полёта космич. кораблей, решать сложнейшие задачи математич. физики, выдавать своевременные ответы на запросы о наличии свободных мест на любой самолёт любой авиационной линии и т. д.
Реальные ограничения на использование ЭВМ, создаваемые условиями (а) — (д), по отдельности или в совокупности могут быть как принципиально непреодолимыми, так и носить характер преходящих технич. трудностей. До наст, времени (кон. 70-х гг. 20 в.) не удалось описать в виде алгоритмов мн. проявления человеческой психики и интеллекта. Это относится к процессам науч. и художеств, творчества, ко мн. видам анализа и составления текстов на естеств. языках (в частности, к переводу с одного языка на другой), к процессам выбора целей и принятия решений как в обыденной жизни, так и при управлении технология., хоз. и социально-экономич. системами. Такое положение делает трудной проблему создания искусств, интеллекта. Далеки от завершения попытки алгоритмически описать физико-химич. и физиология, процессы в живых организмах; т. о., тормозится проникновение ЭВМ в биологию и медицину. Различные науч. дисциплины пытаются расширить области, допускающие алгоритмич. описание. Развиваются методы распознавания образов, методы машинной имитации, эвристическое программирование. Достижения в этом направлении — ЭВМ, «умеющие» довольно квалифицированно играть в шахматы, «сочинять» музыку и стихи (пока на весьма низком художеств, уровне). Однако в наст, время наука не может решить (и даже точно поставить) вопрос, имеется ли предел расширению множества технология., экономич., социальных, интеллектуальных, психология, и др. процессов, допускающих описание с помощью алгоритмов.
В совр. ЭВМ устройства ввода и вывода воспроизводят далеко не все способы, к-рыми пользуются люди для обмена информацией друг с другом. Поэтому ограничения, накладываемые устройствами ввода и вывода на формы исходной информации, и результаты [условия (б), (в)] также тормозят применение ЭВМ для замены человеческого интеллекта. Примером сдерживающей роли ресурсов ЭВМ [условия (г) и (д)] является то, что никакой совр. ЭВМ не хватит памяти и быстродействия для решения задачи межпродуктового баланса в масштабе нар. х-ва с охватом всей номенклатуры производимых и потребляемых продуктов.
Т. о., имеется много процессов переработки очень больших объёмов информации, к-рые ЭВМ выполнит, тогда как человек за реальное время их выполнить не способен, но при этом есть задачи, в решении к-рых ЭВМ не может конкурировать с человеком. Это привело к появлению человеко-машинных систем обработки информации и принятия решений, в к-рых функции разумно разделены между ЭВМ и людьми. Организация системы «человек — машина» поставила ряд специфич. задач, решаемых средствами эргономики.
Первоначально идеи, развитие к-рых привело к созданию ЭВМ, появились в 19 в. Их авторами были Ч. Беббидж, Дж. Буль (Великобритания) и Г. Холлерит (США). Первой ЭВМ считают ЕШАС (1945, США), однако гл. черты совр. ЭВМ были реализованы в 1949 в Англ. машине ЕОБАС. В СССР первая ЭВМ разработана в 1951 в Киеве под руководством акад. С. А. Лебедева; она наз. МЭСМ.
Для характеристики ЭВМ употребляется термин «поколение». Он классифицирует ЭВМ как по фазам их развития, так и по элементам электронной техники, используемым для их построения. Поколение характеризует технич. уровень и логич. возможности ЭВМ. Технич. уровень ЭВМ определяется мн. показателями, из к-рых для краткой характеристики выбирается быстродействие (среднее число выполняемых в секунду элементарных операций). ЭВМ первого поколения (50-е гг.) строились на электронных лампах; они достигали быстродействия до 20 тыс. операций в секунду. ЭВМ второго поколения (нач. 60-х гг.) строились на транзисторах; быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду. ЭВМ третьего поколения (с сер. 60-х гг.) строятся на интегральных схемах; быстродействие — до неск. миллионов операций в секунду. Четвёртое поколение ЭВМ зарождается с нач. 70-х гг.; они строятся на больших интегральных схемах и достигают быстродействия десятков миллионов операций в секунду. Логические возможности ЭВМ определяются её принадлежностью к тому или иному поколению неоднозначно. Нек-рые черты логич. организации ЭВМ третьего поколения проявились уже в ЭВМ второго поколения и в свою очередь мн. черты ЭВМ третьего поколения сохраняются в ЭВМ четвёртого поколения.
В 40—50-е гг. появилось много ЭВМ различных моделей. Каждая характеризовалась технич. особенностями, к-рые определяли специфич. формы её использования. Разнообразие моделей ЭВМ стало затруднять выработку единой методологии организации процессов обработки информации. Поэтому к моменту появления ЭВМ третьего поколения начали складываться семейства ЭВМ. ЭВМ одного семейства могут обладать разной производительностью, но быть объединены общей схемой их применения. Каждая модель ЭВМ семейства состоит из двух частей: технич. обеспечения и математич. обеспечения. Вместо термина «математич. обеспечение» применяется также термин «программное обеспечение». Эти части могут функционировать только совместно, поэтому их наз. вычислит. комплексом и вычислит. системой. Право на существование и дальнейшее развитие получило сравнительно небольшое количество разных семейств, и, хотя каждое из них имеет «своё лицо», все семейства характеризуются общностью существ. свойств. Наибольшее распространение за рубежом получили семейства ЭВМ фирм «IBM», «Burroughs», «CDC». В СССР используются в основном семейства МИР, НАПРИ («малые» ЭВМ), АСВТ и особенно широко единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ), созданная и развиваемая группой социалистич. стран по общей программе.
Понятия технич. и математич. обеспечения рассмотрим на примере ЕС ЭВМ — характерном представителе ЭВМ третьего поколения. В состав технич. обеспечения ЕС ЭВМ входят элементы: а) основная память; б) процессор (включающий одно или несколько арифметич. устройств и регистры); в) каналы ввода-вывода. Процессор перерабатывает информацию, находящуюся в основной памяти, используя при этом регистры; алгоритм переработки задаётся программой. Выполняемая программа (в виде последовательности битов) также находится в осн. памяти. Каналы с системой внешних устройств служат для передачи информации с внешних носителей в осн. память и наоборот. Наиболее употребительные внешние носители: бобины с магнитной лентой, пакеты магнитных дисков эти типы носителей наз. внешней памятью), перфокарты, бумага для размещения печатных знаков или графиков. Внешние устройства, работающие с этими носителями, наз. соответственно накопители на магнитных лентах, накопители на магнитных дисках, устройства ввода с перфокарт, устройства вывода на перфокарты, печатающие устройства, графопостроители.
К каналам можно подключать дисплеи — устройства с индикатором на электроннолучевой трубке, на который может выдаваться информация из осн. памяти. На этот же экран информация может заноситься человеком вручную с помощью спец. устройства, а затем передаваться в осн. память. К каналам через линии связи можно подключать абонентские пункты (устройства телеобработки); каждый абонентский пункт может быть снабжён внешними устройствами. Имеется несколько вариантов процессоров с разным быстродействием — от десятков до сотен тысяч операций в секунду. Осн. память может набираться блоками по 64 или 128 K байт (K = 1024; байт состоит из 8 битов; для каждого символа-буквы, десятичной цифры, знака используется код, помещающийся в байте). Предельный объём осн. памяти равен 16 384 К байт. К процессору может быть подключено различное число каналов, отличающихся друг от друга быстродействием.
Имеются разные типы одноимённых внешних устройств. Однако всё перечисленное разнообразие компонент объединено общей архитектурой, т. е. одинаковыми логич. основами и одинаковыми способами сопряжения компонент (интерфейс). Это даёт возможность собирать из имеющегося набора компонент различные модели ЕС ЭВМ, отличающиеся технич. ресурсами, но программно совместимые. Последнее свойство означает, в частности, что любая программа, подготовленная для к.-л. одной модели ЕС, может быть без переделок выполнена на др. модели, если эта др. модель располагает нужным объёмом осн. памяти и необходимыми для работы программы внешними устройствами. Пром-сть выпускает несколько стандартных моделей (ЕС-1022, ЕС-1050 и т. д.). Орг-ция, т. е. коллектив пользователей, приобретая одну из стандартных моделей, может впоследствии её модифицировать применительно к своим изменяющимся нуждам: наращивать, напр., осн. память или обогащать набор внешних устройств, создавая тем самым собственную конфигурацию технич. обеспечения.
Математическое обеспечение — это набор программ. Одна часть математич. обеспечения реализует управление работой ЭВМ и облегчает её использование, она наз. операционной системой. Стандартный вариант операционной системы поставляется пользователю вместе с технич. обеспечением. Однако пользователь может генерировать собственный вариант операционной системы, приспособленный к его нуждам. Вторая часть математич. обеспечения — набор прикладных программ для реализации процессов обработки данных, нужных коллективу пользователей данной ЭВМ. Имеется большое количество разработанных и опробованных прикладных программ, к-рые пользователи могут приобретать в специализированных орг-циях. Однако процесс создания новых прикладных программ (в числе к-рых могут быть и программы, фактически расширяющие возможности операционной системы) непрерывно продолжается. Разработка нового алгоритма и его представление в виде программы (и вообще деятельность в области составления программ) наз. программированием; лицо, составляющее программу,— программистом. Сложные пакеты прикладных программ составляются коллективами системных программистов. Для составления программ используются языки программирования. Программа, написанная средствами того или иного языка, преобразуется затем в пригодный для выполнения вид специальной компонентой операционной системы — транслятором (каждому языку соответствует свой транслятор). Существует несколько уровней языков программирования: язык Ассемблера, процедурно-ориентированные языки (см. Языки алгоритмические), проблемно-ориентированные языки.
Средства языка Ассемблера однозначно связаны с логич. особенностями процессора и осн. памяти и дают возможность гибко и эффективно их использовать. Программа, написанная на языке Ассемблера, выполнима только на моделях ЕС ЭВМ. Стиль языка Ассемблера не связан с содержанием описываемых алгоритмов. Программа, написанная на алгоритмич. языке, пригодна, в принципе, для любой ЭВМ. Широкое распространение получило несколько алгоритмич. языков. Нек-рые из них содержат средства, ориентированные на понятия конкретных классов алгоритмов: фортран приспособлен для описания алгоритмов вычислит. математики, кобол — для описания алгоритмов обработки деловой документации, ОРЭб — для описания численных алгоритмов теории массового обслуживания и т. д. Нек-рые алгоритмич. языки содержат богатый набор средств и применимы к описанию алгоритмов самой разной природы; таковы, напр., ПЛ-1, симула, алгол-68 (трансляторы для двух последних языков в стандартный состав операционной системы ЕС не входят).
Средства и понятия алгоритмич. языков хорошо приспособлены для формирования алгоритмов, но они далеки от естеств. и проф. языков. Их использование для подготовки программ требует специальной квалификации и искусства. Они, в частности, наряду с языком Ассемблера, применяются системными программистами для создания пакетов прикладных программ. Проблемно-ориентированные языки предназначены для составления программ из модулей, входящих в состав пакетов прикладных программ. Выполняя модули пакета в определ. последовательности, можно решить ту или иную задачу, относящуюся к конкретной области применения ЭВМ, и напечатать результаты решения в подходящей форме. Пример пакета прикладных программ — пакет СПУ ЕС, предназначенный для решения задач сетевого планирования и управления. Конкретные проблемно-ориентированные языки разрабатываются с тем расчётом, чтобы дать возможность описывать подлежащую решению задачу и данные в форме, близкой к проф. языку области применения данного пакета прикладных программ. Т. о., проблемно-ориентированные языки вовлекают в активное общение с ЭВМ широкие круги специалистов, не имеющих возможность изучать и применять языки программирования более общего назначения.
Программы, входящие в состав математич. обеспечения, хранятся в спец. библиотеках, размещаемых во внешней памяти. Т.н. ядро операционной системы постоянно находится в осн. памяти. Для запуска к.-л. транслятора или прикладной программы следует составить задание, для чего используется язык управления заданиями. Средства этого языка позволяют однозначно указать подлежащую выполнению программу, данные, к-рые программа должна использовать в качестве исходных, носители, на к-рые должны быть выведены результаты, ресурсы, нужные для выполнения программы, приоритет задания и т. д.
Задания, новые программы и (иногда) исходные данные для программ записываются на бланках, а затем переносятся (с помощью спец. клавишных устройств) на перфокарты; информация с перфокарт через внешние устройства чтения перфокарт передаётся в осн. память. Такой способ ввода потока заданий и сопутствующей информации наз. режимом пакетной обработки. Наряду с пакетной обработкой можно использовать режим телеобработки, предусматривающий передачу заданий и вообще связь с операционной системой и прикладной программой через внешние устройства отдалённого абонентского пункта. Операционная система может обслуживать одновременное выполнение нескольких программ, переключая процессор с выполнения одной программы на выполнение другой. Переключения производятся в моменты, когда выполняемая программа должна ждать окончания операции ввода или вывода; при переключениях учитывается приоритет заданий. Описанный режим выполнения программ называется мультипрограммным. С центральным процессором может быть одновременно связано несколько абонентских пунктов (терминалов). Одновременная связь ЭВМ с несколькими терминалами наз. режимом коллективного пользования.
Существенной концепцией операционной системы является понятие «набор данных» (файл). В один набор можно объединять данные, связанные между собой к.-л. общим смысловым или формальным признаком (напр., исходные данные для программы). Допускаются наборы с несколькими стандартными формами организации. Программа однозначно рассчитана на форму организации наборов данных, с к-рыми она оперирует.
Это не мешает использовать одну и ту же программу для работы с разными наборами данных, если только их организация удовлетворяет требованиям программы, и, наоборот, сделать один и тот же набор данных объектом обработки для разных программ, если только все эти программы учитывают организацию набора. Многократно употребляемые наборы данных хранят во внешней памяти. Возможность соединить одну программу с разными наборами данных и один и тот же набор данных с разными программами позволяет создавать во внешней памяти ЭВМ обширное информационное обеспечение, доступное разным программам. Часто результаты выполнения одной программы используются как исходные данные при выполнении др. программ. Специалисты стремятся к ещё большей гибкости в организации информационного обеспечения, т. к. концепция наборов данных, связывающая организацию наборов со свойствами использующих их программ, не даёт возможности полностью избавиться от дублирования конкретных значений информации и часто принуждает авторов новых программ приспосабливаться к ранее выбранным организациям наборов данных. Для преодоления этого положения создаются системы управления базами данных. Примером является используемая в ЕС ЭВМ система ОКА. Эта система даёт возможность хранить каждую единицу информации в одном экземпляре и использовать во всех программах одни и те же средства доступа к данным (язык манипулирования данными), не зависящие от способа хранения информации.
Широкое применение нашли ЭВМ в экономике. Плановое х-во СССР и др. социалистич. стран позволяет особенно эффективно использовать информационные и вычислит. мощности ЭВМ. Они ознаменовали новый этап в развитии методов планирования народного хозяйства, способствовали широкому внедрению балансового метода в планировании, развитию и практич. использованию методов сетевого планирования и управления, подняли на более высокий уровень экономич. науку. С ЭВМ связана разработка оптимального функционирования социалистической экономики теории (см. т. 4, Дополнения), без них невозможно было бы развитие автоматизированных систем управления на различных уровнях. В СССР создаётся гос. сеть вычислит. центров (ГСВЦ). Большую роль ЭВМ играют в механизации бухгалтерских расчётов. С их помощью практически решаются задачи экономич. статистики и прогнозирования. ЭВМ используются для численного исследования экономике-математических моделей, такие исследования проводятся как в науч. целях, так и для принятия управленч. решений (см. Принятия управленческих решений теория). На базе ЭВМ организуются системы обработки данных и информационное обеспечение задач учёта, планирования и управления. ЭВМ используются как компоненты систем оперативного управления производств. процессами, в ряде управленч. (деловых) игр. ЭВМ — осн. средство имитации экономических процессов и явлений.
В капиталистич. х-ве науч. управление осуществляется только в рамках деятельности отд. фирм. Поэтому в развитых капиталистич. странах ЭВМ используются фирмами (в основном крупными корпорациями). Проблема сокращения адм.-управленч. расходов, к-рая поначалу считалась самой существенной, отошла на второй план. Вперёд выдвигается использование ЭВМ как средства постоянного доступа к качественной и своевременной информации для принятия решений в области бизнеса. ЭВМ используются для производств. планирования, управления запасами, в прогнозировании сбыта, службе маркетинга.
Тенденция развития ЭВМ состоит в создании мощных одноили многопроцессорных вычислит. комплексов, к-рые могут соединяться между собой линиями связи; каждый комплекс снабжён сетью удалённых от него терминалов, подводящих информационно-вычислит. мощность комплекса непосредственно к местам её использования. Формы контактов с ЭВМ приближаются к нроф. понятиям непосредств. пользователей. Пользователями ЭВМ являются прямо или косвенно все члены общества. При этом контакты с ЭВМ не только радикально увеличивают возможности людей по хранению информации, её переработке для принятия решений и управлению информационными потоками, но и вносят свой вклад в совершенствование культуры человеческого мышления.