МАШИНА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ

(англ. computing machine) — устройство или совокупность устройств, предназначенных для механизации и автоматизации процесса обработки информации (вычислений). Различают след. типы М.в.: мех., электрич., электронные (ЭВМ), гидравлич., пневматич., оптич. и комбинированные; по отношению к совр. ЭВМ термин «машина» используется лишь в силу истор. традиции. По способу представления информации М.в. подразделяются на 3 класса: а)аналоговые М.в. (АВМ), в к-рых информация представлена в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных физ. величинами (угол поворота вала, сила электротока, напряжение и т.д.); б) цифровые М.в. (ЦВМ), в к-рых информация представлена в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений к.-л. физ. величины; в) гибридные М.в., в разл. узлах к-рых информация представлена тем или др. способом. Исторически первыми появились цифровые вычислит. устройства (напр., счеты и их разл. предшественники). В XVII в. фр. ученый Б.Паскаль, а позднее нем. математик Г.В.Лейбниц построили первые действующие ЦВМ. Первой пригодной для практ. применения М.в. стал арифмометр Т. де Кольмара (1820). В 1874 г. был создан получивший широкое распространение арифмометр В.Т.Однера. В начале XX в. появились счетно-аналитич. машины для выполнения разл. стат., бухгалтерских и финансово-банковских операций. Идея создания универсальной ЦВМ принадлежит проф. Кембриджского ун-та Ч.Беббиджу, к-рый разработал проект М.в., по своему устройству близкой к совр. аналогам (1833), опережавший запросы времени и техн. возможности реализации. Развитие теории релейно-контактных схем, а также опыт эксплуатации телефонной аппаратуры и счетно-перфорационных машин позволили в 1930-х гг. приступить к разработке М.в. с программным управлением первоначально на электромагнитных реле. Первая такая машина «МАРК-1» была построена в США в 1944 г. Первая электронная ЦВМ «ЭНИАК» (электронный цифровой интегратор и вычислитель) была построена также в США в 1946 г. В СССР электронная ЦВМ МЭСМ (малая электронная счетная машина) была разработана в 1950 г. под руководством акад. С.А.Лебедева в АН УССР; она положила начало работам в обл. матем. электронного машиностроения в СССР. В последующие годы в СССР был создан ряд разл. по производительности и техн. решению ЦВМ (БЭСМ, «Стрела», М-20, М-220, «Минск», «Урал», «Мир» и др.). Первые вычислит. устройства непрерывного действия появились в XVI—XVII вв. К ним относятся логарифмич. линейка и номограммы для расчетов, связанных с навигацией. В середине XIX в. появились простейшие мех. интеграторы. Значит. развитие АВМ получили на рубеже XIX—XX вв., когда были разработаны машины для решения дифференциальных уравнений, электромеханич. интегрирующая машина и др. В СССР начало разработки АВМ относится к 1927 г. и связано с работами С.А.Гершгорина, М.В.Кирпичева, В.С.Лукьянова, И.С.Брука и др. В 1950—60-х гг. было создано неск. типов АВМ, мн. из к-рых нашли широкое применение. Развитие электронных М.в. (ЭВМ) тесно связано с достижениями в обл. электронной техники. Первые ЭВМ создавались на вакуумных радиоприборах; их принято называть машинами первого поколения. Развитие полупроводниковой радиоэлектроники позволило перейти к конструированию М.в. второго и третьего поколений; для них характерно усложнение логич. схемы и наличие программного обеспечения, являющегося программным продолжением аппаратной части М.в. Технология изготовления М.в. второго поколения мало отличалась от технологии М.в. первого поколения: на смену вакуумным радиолампам пришли полупроводниковые триоды (транзисторы) и диоды. М.в. третьего поколения выполняются на интегральных схемах, содержащих в одном модуле мн-во транзисторов, резисторов и диодов; переход к ним потребовал почти полного пересмотра технологии производства и эксплуатации ЭВМ. Основой для построения АВМ явл. теория матем. моделирования. Используя аналогии между разл. по физ. 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 легкого изменения параметров исследуемой задачи, сравнительно невысокой точностью и ограниченностью класса решаемых задач. Решение задачи на ЦВМ заключается в последовательном выполнении арифметич. операций над числами, соответствующими величинам, представляющим исходные данные. Числа представляются в виде совокупности мех., пневматич. или электрич. импульсов и фиксируются элементами, каждый из к-рых может принимать ряд устойчивых состояний, строго соответствующих опред. цифре числа. Перед решением на ЦВМ задача расчленяется на ряд последовательных простых операций и устанавливается их очередность, т.е. составляется программа вычислений. По способу управления цифровые М.в. подразделяются на 3 класса: с ручным управлением, с жесткой программой и универсальные. К ЦВМ с ручным управлением относятся настольные клавишные М.в., арифмометры, рычажные М.в. и др. Совр. настольные ЦВМ изготовляются почти полностью на электронных элементах, управление вычислит. процессом осуществляется вручную, что определяет низкую скорость вычислений; ЦВМ с ручным управлением явл. средством механизации расчетных работ и пригодны для решения лишь простейших задач с ограниченным объемом вычислений. К ЦВМ с жесткой программой относятся табуляторы, спец. машины, ориентированные на решение узкого круга задач, напр., бортовые компьютеры и т.п. В этих машинах управление вычислит. процессом осуществляется автоматич. программой, набираемой на коммутационной доске или постоянно заложенной в конструкцию машины. ЦВМ с коммутируемой программой явл. средством частичной автоматизации вычислит. процесса и быстро вытесняются универсальными ЦВМ. М.в. с программой, заложенной в конструкции, применяются в тех случаях, когда нужны простота, надежность, низкая стоимость, малые габариты и масса, гл. образом, в условиях разового действия (напр., на ракетах). Универсальные ЦВМ с автоматич. программным управлением — наиболее совершенное средство автоматизации трудоемких процессов умственной деятельности. Совр. универсальная ЦВМ представляет собой сложный автоматизированный вычислит. комплекс, в состав к-рого входят процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), одно или неск. внешн. запоминающих устройств большой емкости, устройства ввода—вывода информации и др. Управление вычислит. процессом осуществляется устройством управления и программой вычислений, размещаемой в памяти ЭВМ. Загрузка отд. устройств, координация их работы, управление последовательностью решения задач осуществляются программными средствами. Комплекс программ, выполняющих эти и ряд др. функций, называется матем. обеспечением. Для описания решения задачи используются алгоритмич. языки (алгол, фортран, кобол и др.). Ввод исходных данных, программ и вывод результатов в виде, наиболее удобном для потребителя, осуществляются комплексом устройств ввода — вывода, входящих в состав универсальной ЦВМ. ЦВМ характеризуются высокой производительностью, точностью получаемых результатов и алгоритмич. универсальностью, обусловленной тем, что перестройка машины на решение новой задачи состоит лишь в замене программы вычислений и исходных данных без изменения ее конструкции. Гибридные вычислит. системы состоят из органически связанных между собой АВМ и ЦВМ. Обмен информацией между М.в. непрерывного и дискретного действия осуществляется через спец. 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 стат. обработки результатов. В гибридной вычислит. системе сочетаются высокая точность и быстродействие, которые сложнее получать с помощью только одной из М.в. Б.Н.Махутов