Вычислительная техника

разнообразные устройства, машины, приборы и приспособления для выполнения математич. вычислений, хранения, приёма, передачи и переработки информации. Возникнув много веков назад, В. т. прошла большой путь развития от примитивных приспособлений до совершенных электронных вычислит. машин. Их появление (относящееся ко времени окончания 2-й мировой войны 1939 - 45) ознаменовало собой новый этап в научно-технич. прогрессе и оказало огромное влияние на все сферы человеч. деятельности. Термин «В. т.» обычно отождествляется прежде всего с электронными вычислит. машинами (ЭВМ). Совр. значение В. т. далеко выходит за рамки автоматизации вычислит. работ. В. т. позволила поставить и решить совершенно новые науч. и технич. проблемы, обеспечив огромные достижения в физике, исследованиях космоса, биологии и во многих других науках. Большое значение имеет В. т. в экономических исследованиях и управлении произ-вом.
С точки зрения особенностей использования средств В. т. (прежде всего ЭВМ) области её применения могут быть условно подразделены на несколько категорий (практически при решении многих задач они объединяются).
Численное решение уравнений. Многие теоретич. и практич. задачи могут быть описаны алгебраич. или дифференциальными уравнениями, решение к-рых требует огромных по объёму и высоких по точности вычислений. В. т. позволяет применить для решения подобных задач методы численного анализа и выполнить с большой скоростью необходимые вычисления.
Управление процессами. Совр. технология. процессы, отличаясь сложностью и динамичностью, требуют автоматич. управления. Точность работы оборудования, массовость и разнообразие ассортимента выпускаемой продукции могут быть достигнуты применением средств В. т. в качестве управляющих машин. В этом случае одна из машин обрабатывает нек-рую входную информацию (напр., Контур изготовляемой на металлорежущем станке детали, динамич. показатели химия, процесса и т. п.) и выдаёт управляющие сигналы в др. машину, к-рая посредством спец. приводов воздействует на управляемый объект (станок, химия, установку и т. п.). В ходе управления поступают обратные сигналы от объекта к управляющей машине, к-рая, вычисляя необходимые коррективы, обеспечивает т. о. точное протекание заданного технология, процесса. Управление процессами, осуществляемое на тех же принципах, может применяться к самым разнообразным экономич., адм., воен. и др. объектам.
Моделирование. В. т. применяется для создания модели изучаемого объекта, явления. Эта модель, обычно представляющая собой программу для вычислит. машины, используется при составлении оптимальных планов, изучении пром. динамики, экономич. прогнозировании и т. д. (см. Математическое моделирование экономических процессов). В других случаях модель используется для изучения поведения при различных условиях реального или проектируемого объекта. Статистич. выводы, получаемые в результате такого экспериментального исследования, позволяют оценивать свойства сложных объектов, аналитич. исследование к-рых затруднительно или невозможно.
Обработка данных. В. т. используется для ведения систематич. учётных, статистич., бухгалтерских и др. расчётов, сопровождающих совр. произ-во.
Наряду с использованием В. т. для решения отд. (локальных) экономич. задач большое значение приобретает комплексное применение В. т. для оптимального планирования и управления всей социалистич. экономикой. Возникает необходимость разработки единой гос. сети вычислит. центров, предоставляющих средства В. т. для всех сфер деятельности и прежде всего экономической.
По принципу работы вычислит. машины можно разделить на два больших класса: непрерывного и дискретного действия. В вычислит. машинах непрерывного действия (АВМ - аналоговая вычислит. машина) значения всех математич. величин (исходных данных, промежуточных и окончат. результатов) могут изменяться непрерывно. Они представляются (в нек-ром масштабе) в виде непрерывных определ. физич. величин (напряжения электрич. тока, уровня жидкости, угловых или линейных перемещений и т. д.). Ввод исходных данных сводится фактически к настройке устройства или машины непрерывного действия путём задания значений соответствующих физич. величин. Результат решения нек-рой задачи получается, как правило, немедленно после ввода и изменяется непрерывно, в соответствии с изменением исходных данных. вычислит. машины непрерывного действия обычно состоят из набора отд. блоков, служащих для выполнения различных математич. операций. Блоки соединяются между собой и с пультом управления в последовательности, соответствующей решаемой на машине задаче. Количество и тип наличного оборудования определяют, т. о., сложность и тип математич. задач, решение к-рых возможно на этих машинах. Наиболее распространены вычислит. машины непрерывного действия, предназнач. для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений (часто называются электронными интеграторами и электронными моделирующими установками). Достоинство этих машин - высокая скорость, работы и наглядность получаемых результатов; недостатки - ограниченная точность и неполная универсальность по отношению к содержанию решаемых задач.
Вычислительные машины непрерывного действия широко применяются при математическом моделировании различных процессов (в т. ч. технологических и производственных).
Такое моделирование играет важную роль в период, проектирования сложных и дорогостоящих машин сооружений, систем управления и т. п. Эти машины, применяются также в качестве управляющих машин в системах автоматич. регулирования и управления реальными производств. процессами. Нередко они используются совместно с электронными цифровыми вычислит. машинами (ЭЦВМ), имитируя исследуемый или управляемый объект.
В вычислит. машинах дискретного действия значения всех математич. величин представляются с помощью цифр. Значения переменных величин являются прерывистыми (дискретными) рядами чисел, каждое из к-рых изображается последовательностью цифр. Математич. операции производятся отдельно над каждым из таких значений. При этом одна операция начинается спустя некоторый промежуток времени после начала предыдущей операции, т. е. работа В. т. дискретного действия совершается прерывно по времени. По уровню автоматизации вычислительного процесса В. т. дискретного действия может быть подразделена на 3 группы: малые вычислительные машины, счётно-аналитические машины и ЭВМ.
Малые вычислит. машины - малогабаритные (обычно настольные) приборы и устройства, предназнач. для механизации вычислит. работ. К этим машинам относятся суммирующие машины, арифмометры и счётно-клавишные машины. С их помощью выполняются арифметич. операции, а на счётно-клавишных машинах - и нек-рые комбинированные действия (сложение и вычитание произведений, умножение с вычитанием и сложением, возведение в степень и т.д.). Малые вычислит. машины выполняют автоматически индивидуальные операции, однако вид и последовательность этих операций задаются человеком в процессе вычислений.
Счётно-аналитич. машины - значительные по размерам автоматы. Они предназначены для автоматич. выполнения серии математич. операций. На этих машинах механизирован процесс подготовки исходных данных, а также их ввод, совершаемый отдельно от процесса выполнения арифметич. операций. Счётно-аналитич. машины могут выдавать результаты не только на печать в виде чисел и текста, но и на перфокарты (путём их перфорации). Это удобно для получения промежуточных результатов, к-рые могут быть использованы в качестве исходных данных для новых вычислений. Такие перфокарты иногда называются итоговыми. Процесс вычислений автоматизирован не полностью: необходимо участие человека при подготовке (пробивке) перфокарт, при коммутации, при переходе от одной машины к другой (на разных этапах вычислений), а также при повторных вводах итоговых перфокарт. Счётно-аналитич. машины широко, применяются при механизации однотипных вычислений в статистике, бухгалтерском учёте и др. видах обработки данных.
ЭВМ - программно-управляемые вычислит. машины, предназнач. для автоматич. выполнения любой последовательности математич. операций. В ЭВМ достигнут высший уровень автоматизации процесса вычислений: управление работой машины, ввод исходных данных и вывод результатов осуществляются автоматически. Программное управление, позволяющее решать на одной и той же ЭВМ самые разнообразные задачи, в сочетании с огромной скоростью и высокой точностью вычислений обусловило широкое внедрение этих машин в разнообразные сферы деятельности человека.
При использовании ЭВМ выполняются, как правило, след. характерные этапы работы: 1) постановка задачи (выяснение цели предстоящего исследования, формулировка задачи, определение исходных данных и указание результатов, к-рые требуется получить); 2) выбор метода решения (напр., подбор для поставленной задачи численного метода, с помощью к-рого её решение может быть сведено к определ. последовательности арифметич. и логич. операций); 3) разработка алгоритма задачи (определение точной последовательности операций, выполнение к-рых приводит от варьируемых исходных данных к искомым результатам); 4) программирование (составление программы), т. е. написание в спец. обозначениях последовательности команд, к-рые указывают необходимые машинные операции, объекты, участвующие в этих операциях, а также устанавливают последовательность выполнения самих команд; 5) перфорация программы и исходных данных (пробивка исходных данных и программы на спец. носителях информации, обычно на перфокартах или перфолентах); 6) ввод программы и исходных данных в ЭВМ путём автоматического считывания их с носителей информации; 7) автоматич. выполнение программы (находящейся в ЭВМ) и выдача машиной полученных результатов; 8) анализ результатов решения задачи.
Конструктивное выполнение ЭВМ разнообразно: имеются настольные ЭВМ и машины, занимающие площади до неск. сотен квадратных метров. Функциональная схема различных ЭВМ имеет много общего и включает, как правило, след. осн. блоки: запоминающее устройство, предназначенное для хранения исходных данных, программы и промежуточных результатов; арифметич. устройство, выполняющее арифметич., логические и др. операции; устройство ввода, используемое для считывания исходных данных и программы с носителей информации для последующей записи их в запоминающее устройство; устройство вывода, производящее выдачу результатов (обычно на бумажный лист в виде цифр и текста, на перфокарты или перфоленту с помощью пробивок); устройство управления, координирующее работу всей машины и обеспечивающее автоматич. выполнение процесса решения в соответствии с составленной программой.
Возможности совр. ЭВМ определяются: быстродействием, т. е. количеством операций, выполняемых машиной в секунду (доходит до миллионов операций в секунду); ёмкостью запоминающего устройства (количество ячеек памяти достигает сотен тысяч и может быть существенно увеличено за счёт присоединения к машине т. н. внеш. запоминающих устройств); количеством и возможностями устройств ввода и вывода (одновременная работа нескольких устройств, возможность чтения и печати документов, графиков и т. д.); удобством обслуживания (использование автоматич. программирования, машинной библиотеки стандартных программ, обслуживание потребителей на расстоянии по каналам связи и т. п.).
Развитие ЭВМ базируется на достижениях в области электронной техники. Первые ЭВМ, т. н. машины 1-го поколения, создавались на электронных вакуумных радиолампах. Переход на полупроводниковые приборы, повысивший производительность и надёжность работы ЭВМ, несмотря на усложнение логич. схем, привёл к т. н. машинам 2-го поколения, для к-рых характерно также наличие математич. (программного) обеспечения, являющегося программным продолжением аппаратной части машины. ЭВМ 3-го поколения базируются на т. н. интегральных схемах, содержащих в одном миниатюрном модуле десятки логич. элементов. Переход к интегральным схемам потребовал коренного пересмотра технологии произ-ва ЭВМ, ещё более повысил производительность и надёжность работы ЭВМ, уменьшил их габариты. Для машин 3-го поколения характерна также развитая система прерываний, делающая возможным одновременное взаимодействие со многими внешними устройствами.
Широкое внедрение ЭВМ в экономич., науч.-технич. и др. сферы деятельности человека повлекло за собой развитие спец. отрасли прикладной математики, изучающей вопросы использования ЭВМ. Стремление преодолеть трудности, связанные с ручным программированием (трудоёмкость, вероятность ошибок, необходимость пересоставления программ при переходе с одной машины на другую), привели к созданию автоматич. программирования, позволяющего записывать программы на спец. алгоритмич. языках, близких к профессиональным языкам (математическому, экономическому и др.). Перевод этой записи на язык команд (язык машины) осуществляется самой ЭВМ с помощью спец. программы, называемой обычно транслятором. Независимость алгоритмич. языков от особенностей конкретных ЭВМ делает их важным средством обмена информацией между пользователями различных машин.
Большое распространение получают т. н. мультипрограммные ЭВМ, в к-рых возможно параллельное выполнение неск. программ, осуществляемое за счёт совмещения во времени работы различных устройств машины. Такие ЭВМ являются фактически большими вычислит. системами, состоящими из одного или неск. запоминающих и арифметич. устройств, а также из большого числа устройств ввода и вывода информации и внеш. накопителей. Мультипрограммный режим работы существенно повышает эффективность использования ЭВМ и открывает дополнит, возможности при решении комплексных задач управления большими системами.
При проектировании ЭВМ особое внимание уделяется качеству обслуживания машиной своих пользователей. Удобство работы обеспечивается, с одной стороны, спец. математич. обеспечением ЭВМ, включающим различные алгоритмич. языки, трансляторы, управляющие программы-диспетчеры (для осуществления режима мультипрограммирования), библиотеки готовых программ, и с другой - рядом радикальных конструктивных усовершенствований. Многообещающими в этом отношении являются вычислительные системы, работающие в режиме разделения времени. В состав таких систем входят, кроме самих ЭВМ, специальные дистанционные пульты, располагаемые непосредственно на рабочих местах пользователей и часто на большом удалении от самих машин, с к-рыми они соединены каналами связи. Разрабатываемые для таких систем операционные программы позволяют одновременно обслуживать большое числе пользователей, обращающихся к машине независимо друг от друга.
Применение ЭВМ чрезвычайно разнообразно. В экономике с их помощью решаются многовариантные задачи оптимизации, связанные с выбором наилучшего плана; разнообразные задачи машинного моделирования для исследования динамич. поведения сложных экономич. объектов; задачи оперативного планирования и управления произ-вом, материально-технич. снабжением, технология, процессами; задачи обработки многообразной хозяйственной и экономической документации и т. п.
Высокий уровень развития ЭВМ создаёт необходимые предпосылки для организации единой информац. базы страны и осуществления оптимального планирования и управления социалистич. нар. хозяйством (см. также Автоматизированная система управления, Математические методы в экономических исследованиях).