Основой для построения аналоговых вычислительных машин является теория математического моделирования . Используя аналогии между различными по физической природе явлениями, в АВМ моделируют рассчитываемые процессы. Большую часть оборудования АВМ составляют линейные и нелинейные решающие элементы. В электронных АВМ — это операционные усилители постоянного тока (интегратор, усилитель, инвертор), блоки коэффициентов, типичных нелинейностей, запаздывания и т.д. Для решения конкретной задачи блоки АВМ соединяют между собой в необходимых комбинациях. Выходные данные на АВМ получают по показаниям индикаторов в узловых точках схемы. АВМ характеризуется высоким быстродействием, простотой сопряжения с исследуемым объектом, возможностью лёгкого изменения параметров исследуемой задачи как при её подготовке, так и в процессе решения, сравнительно невысокой точностью и ограниченностью класса решаемых задач.
Решение задачи на цифровых вычислительных машинах заключается в последовательном выполнении арифметических операций над числами, соответствующими величинам, представляющим исходные данные. Числа представляются обычно в виде совокупности механических, пневматических или электрических импульсов и фиксируются элементами, каждый из которых может принимать ряд устойчивых состояний, строго соответствующих определённой цифре числа. Перед решением на ЦВМ задача расчленяется на ряд последовательных простых операций и устанавливается их очерёдность, т. е. составляется программа вычислений.
По способу управления цифровые В. м. подразделяются на 3 класса: с ручным управлением, с жёсткой программой и универсальные. К ЦВМ с ручным управлением относятся настольные клавишные вычислительные машины , арифмометры, рычажные В. м. и др. Современные настольные ЦВМ изготовляются почти полностью на электронных элементах, Управление вычислительным процессом осуществляется вручную, что определяет низкую скорость вычислений. ЦВМ с ручным управлением являются средством механизации расчётных работ и пригодны для решения лишь простейших задач с ограниченным объёмом вычислений.
ЦВМ с жёсткой программой. К ним относятся табуляторы, специализированные машины, ориентированные на решение узкого круга задач, например бортовые вычислители и т.п. В этих В. м. управление вычислительным процессом осуществляется автоматически программой, набираемой на коммутационной доске или постоянно заложенной в конструкцию машины. ЦВМ с коммутируемой программой являются средством частичной автоматизации вычислительного процесса и быстро вытесняются универсальными ЦВМ. В. м. с программой, заложенной в конструкции, применяются в тех случаях, когда нужны простота, надёжность, низкая стоимость, малые габариты и масса, главным образом в условиях разового действия (например, на ракетах).
Универсальные ЦВМ с автоматическим программным управлением — наиболее совершенное средство автоматизации трудоёмких процессов умственной деятельности человека. Современная универсальная ЦВМ представляет собой сложный автоматизированный вычислительный комплекс, в состав которого входят процессор , оперативное запоминающее устройство, одно или несколько внешних запоминающих устройств большой ёмкости, устройства ввода — вывода информации и др. Управление вычислительным процессом осуществляется устройством управления и программой вычислений, размещаемой в памяти ЭВМ. Загрузка отдельных устройств, координация их работы, управление последовательностью решения задач осуществляются программными средствами. Комплекс программ, выполняющих эти и ряд других функций, называется математическим обеспечением . Для описания решения задачи используются алгоритмические языки алгол, фортран, кобол и др. (см. Язык программирования ). Ввод исходных данных, программ и вывод результатов в виде, наиболее удобном для потребителя, осуществляются комплексом устройств ввода — вывода, входящих в состав универсальной ЦВМ (см. Ввод данных , Вывод данных ). Исходные данные могут задаваться в виде графиков, цифровой и текстовой документации, изображения рассчитываемого объекта (например, общий вид здания, профиль крыла самолёта и т.д.), светозвуковой индикации и пр.
ЦВМ характеризуются высокой производительностью, точностью получаемых результатов и алгоритмической универсальностью, обусловленной тем, что перестройка ЦВМ на решение новой задачи состоит лишь в замене программы вычислений и исходных данных, хранящихся в памяти В. м., без изменения конструкции самой машины.
Гибридные вычислительные системы состоят из органически связанных между собой АВМ и ЦВМ. Обмен информацией между В. м. непрерывного и дискретного действия осуществляется через специальные преобразователи. Для комбинированной системы типично разделение функций между машинами: АВМ используется для воспроизведения быстро протекающих процессов с ограниченными точностями переменных величин, а ЦВМ — для вычислений с более высокой точностью и для статистической обработки результатов. В гибридной вычислительной системе сочетаются высокая точность и быстродействие, которые сложнее получать с помощью только одной из В. м.
Лит.: см. при статьях Аналоговая вычислительная машина , Цифровая вычислительная машина , Гибридная вычислительная машина .
А. Н. Мямлин.
Вычислительная техника
Вычисли'тельная те'хника, совокупность технических и математических средств, методов и приёмов, используемых для облегчения и ускорения решения трудоёмких задач, связанных с обработкой информации, в частности числовой, путём частичной или полной автоматизации вычислительного процесса; отрасль техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и эксплуатацией вычислительных машин .
Задачи, связанные с исчислением времени, определением площадей земельных участков, торговыми расчётами и др., относятся к древнейшим периодам человеческой культуры. Первые примитивные устройства для механизации вычислений абак , китайские счёты и математические правила решения простейших вычислительных задач появились за сотни лет до н. э. Вычислительные устройства, такие, например, как шкала Непера, логарифмическая линейка , арифметическая машина французского учёного Б. Паскаля — предшественница арифмометра , были известны уже в 17 в. Промышленная революция 18—19 вв., характеризующаяся бурным для того времени ростом средств производства и его механизацией, дала толчок и развитию В. т. Это обусловливалось прежде всего необходимостью выполнения сложных расчётов при проектировании и строительстве кораблей, сооружении мостов, топографических работах, усложнением финансовых операций и т.п. При этом сложность и количество задач возросли настолько, что решение их в необходимый срок и без механизации самого вычислительного процесса часто оказывалось невозможным. Тогда на смену примитивным счётным устройствам пришли планиметры Дж. Германа и Дж. Амслера, арифмометр В. Т. Однера и др.
В 1833 английский учёный Ч. Беббидж разработал проект «аналитической машины» — гигантского арифмометра с программным управлением, арифметическим и запоминающим устройствами. Однако полностью осуществить свой проект ему не удалось, главным образом из-за недостаточного развития техники в то время; материалы об этой машине были опубликованы лишь в 1888, уже после смерти автора. Исследования Беббиджа лишь спустя 100 лет привлекли внимание инженеров, но математики отметили их сразу. В 1842 итальянский математик Менабреа опубликовал записи лекций Беббиджа, прочитанных в Турине и посвящённых «аналитической машине».
Практическое развитие В. т. в 19 и в начале 20 вв. связано главным образом с постройкой аналоговых машин (см. Аналоговая вычислительная машина ), в частности первой машины для решения дифференциальных уравнений академика А. Н. Крылова (1904). В 1944 в США была построена ЦВМ с программным управлением «МАРК-1» на электромагнитных реле; её изготовление стало возможным благодаря накопленному опыту эксплуатации телефонной аппаратуры, счётно-аналитических и счётно-перфорационных машин.
Резкий скачок в развитии В. т. — создание в середине 40-х гг. 20 в. электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) с программным управлением. Применение электронных ЦВМ существенно расширило круг задач; возможными стали такие вычисления, которые ранее были невыполнимы, так как требуемое для этого время превышало продолжительность человеческой жизни. Производство электронных ЦВМ росло чрезвычайно быстро: первая (и единственная) машина «ЭНИАК» была создана в США в 1946, а уже к 1965 мировой парк насчитывал свыше 50 тыс. ЦВМ различного назначения. Столь же быстро совершенствовались технические параметры электронных ЦВМ; в сотни и тысячи раз возросли их быстродействие и объёмы памяти.
