Классификация вм.
Все ВМ от простейших до самых сложных можно классифицировать по двум основным признакам – по методу решения задач и по форме представления обработанной информации. В зависимости от метода решения задач различают вычислительные машины с аналоговым и программно-управляемым методами решения. По форме представления информации вычислительные машины можно разделить на машины непрерывного действия, или аналоговые (АВМ) и машины дискретного действия, или цифровые (ЦВМ).
В основу аналогового метода решения задач положена теория математического моделирования. Эта теория опирается на подобие математических описаний реального объекта и его модели. При аналоговом методе определённые математические зависимости выбирают определённый набор функциональных блоков, взаимная связь между которыми не изменяется.
Программно-управляемый метод основан на использовании числовых методов математического анализа и заключается в том, что определённой математической зависимости соответствует определённая последовательность выполнения простейших арифметических операций. Эта последовательность называется алгоритмом вычислений, который осуществляется в результате изменения в процессе решения взаимной связи отдельных устройств и блоков.
Данные, с которыми оперируют аналоговые вычислительные машины, представлены в непрерывном виде. В подобных машинах представление информации реализуется заменой математических величин некоторыми физическими значениями.
Данные, с которыми оперируют ЦВМ, представлены в дискретном виде. В данных машинах непрерывное изменение аргументов представлено в виде последовательности цифровых значений. В ЦВМ обрабатываются данные, представленные в виде цифровых кодов.
Наиболее широкое распространение в практике обработки информации получили именно эти машины. Аналоговые же закончили свою эпоху в 60-х годах прошлого века.
ЦВМ можно разделить в зависимости от способа управления на машины с ручным управлением, машины с жёсткой программой и универсальные машины, вычисления в которых производятся по заранее созданной программе. Такие машины обеспечивают полностью решение задач от ввода исходных данных до получения результата. Универсальные ЦВМ называются универсальными, потому что они обладают алгоритмической универсальностью. С помощью универсальных цифровых машин производятся вычисления и обработка информации практически во всех сферах человеческой деятельности.
АВМ.
АВМ – это вычислительные машины, которые обрабатывают информацию, представленную в аналоговой, то есть в непрерывной форме.
АВМ – некоторая специально сконструированная материальная система или модель, предназначенная для воспроизведения, то есть моделирования определённых соотношений между непрерывно меняющимися физическими величинами (машинными элементами, которые являются аналогами соответствующих математических переменных решаемых задач).
В зависимости от физического процесса, положенного в основу модели, различают следующие АВМ: электрические, электронные, гидравлические, механические. В электрических АВМ используется электрическое напряжение в качестве переменной величины.
АВМ имеют свою историю. Первая АВМ (машина Буша) была построена в 20-х годах прошлого века. В 1904-м году русский математик Крылов сконструировал первую дифференциальную машину. Эти машины были широко распространены в 30-х – 40-х годах ХХ-го века. Их использовали вплоть до 60-х – 70-х годов того же века.
Также АВМ можно разделить на машины, построенные по принципу простой аналогии и по принципу сложной аналогии. В машинах постой аналогии связь между машинными переменными и переменными исходных решаемых уравнений задаётся при помощи постоянных коэффициентов.
АВМ простой аналогии предназначены для изучения материальных объектов по средствам объекта другой физической природы. Это возможно лишь тогда, когда оба объекта задаются аналогичными по форме уравнениями.
Общий порядок решения задач на АВМ:
-
На основании заданной системы уравнений составляется структурная схема модели. Эта структурная схема представляет собой блок-схему соединения основных устройств АВМ в соответствии со структурой решаемых уравнений.
+
x(f)
y(f)
b(f)
-
По заданным максимальным значениям переменных исходных уравнений рассчитывают масштабные коэффициенты, которые представляют собой отношение переменных исходного уравнения к соответствующим машинным переменным.
-
По коэффициентам исходных уравнений и по рассчитанным масштабным коэффициентам вычисляют значения параметров схемы, величины сопротивления, ёмкости, параметры линейных решающих элементов.
-
Решение задачи набирается на АВМ при помощи наборного поля.
АВМ – серьезный шаг в развитии ВТ.
ЦВМ.
ЦВМ – устройство переработки информации, представленной в виде цифровых кодов. Современные ЦВМ являются сложными устройствами, состоящих из сотен тысяч различных элементов. Их быстродействие достигает десятков миллиардов операций в секунду (flop’ов). Память способна хранить абсолютно любую информацию – текст, графику, звук.
Большие ЦВМ являются алгоритмически-универсальными средствами обработки информации. С её помощью решаются сложные математические и информационно-логические задачи, создаются различные СУ, моделируются сложные процессы и явления.
Первое механическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических операций, было создано Блезом Паскалем в начале 17-го века, однако, бурное развитие ЦВМ началось в конце 40-х годов прошлого столетия, когда для их создания стали использовать электронные лампы.
Идея создания программно-управляемой ЦВМ принадлежит английскому математику Чарльзу Беббиджу. Он в 1833-м году спроектировал ЦВМ, которую назвал аналитической машиной. Проект не был реализован.
В 1944-м году под руководством Эйкена была создана Mark-1, первая электронно-механическая ЦВМ. Революционным поворотом явилось создание электронных ЦВМ с программным управлением.
Первая электронная ЦВМ – ЭНИАК построена в США в 1946 –м году (18000 электронных ламп, 100кВт*ч). Машина ЭНИАК работала в десятичной системе счисления. Складывала за 200 мкс, умножала за 2800 мкс.
В 1948-м году в Англии создана машина “Manchester baby”.
В 1950-м году в СССР создана первая советская ЦВМ – МЭСМ (2000 электронных ламп).
В 1952-м году в СССР – БЭСМ. Далее – БЭСМ-1, БЭСМ-2, БЭСМ-6.
В 50-х годах в схемах ЦВМ начали использовать транзисторы, которые к 60-м годам практически вытеснили электронные лампы.
В середине 60-х годов началось внедрение ИС.
В 1965-м году выпущена IBM-360. Прогресс электроники шёл по пути всё большей интеграции электронных схем. Была создана IBM-370 (1970) на больших интегральных схемах (БИС).
В процессе своего развития машины прошли 5 стадий модернизации. Следовательно, они делятся на поколения от 0-го до 4-го:
-
Электронные лампы.
-
Полупроводниковые элементы.
-
ИС.
-
БИС.
Развитие ЭБ открыло новые возможности по совершенствованию логических структур машин.
Во 2-й половине 60-х годов ХХ-го века начали выпускать многопроцессорные ЦВМ.
В конце 60-х годов появились супер-ЭВМ.
Вместе с усовершенствованием машин разрабатывается математическое обеспечение, создаются эффективные системы программирования, основанных на универсальных программно-ориентированных принципах.
Развиваются операционные системы (ОС). Развитие математического обеспечения в свою очередь оказывает сильное влияние на принципы построения машин. В структурах машин реализуются некоторые компоненты, что существенно повышает эффективность работы.