<<
>>

Классификация по принципу действия

Классифицирующим признаком этой схемы являются тип обрабатываемых сигна- лов и соответствующий этому типу принцип работы вычислительной системы. Как было выяснено в главе 1, существуют дискретные и непрерывные сигналы и сообщения.
В связи с этим вычислительные машины делятся на два основ- ных класса:

? дискретные, или цифровые, вычислительные машины (ЦВМ), которые при- меняются для обработки дискретных сигналов и сообщений;

? аналоговые вычислительные машины (АВМ), используемые для обработки непрерывных сигналов и сообщений.

Все обсуждавшиеся ранее вычислительные системы относятся к группе циф- ровых машин. Основной отличительной особенностью их принципа действия является интерпретация любых действий над дискретными сигналами как ариф- метических (сложение, умножение и т. д.) или логических (конъюнкция, дизъ- юнкция и т. д.) операций над двоичными кодами. С помощью математических и алгоритмических методов и приемов необходимая обработка данных сводится к некоторой последовательности таких операций.

Результатом обработки являет- ся двоичный код, который затем отображается в текстовом, числовом или графиче- ском виде. Достоинствами цифрового подхода являются универсальный характер, возможность получения результата практически с любой необходимой точностью, наглядность, удобство работы. Отметим, что именно цифровые машины обычно имеются в виду при использовании термина «компьютер».

В аналоговых вычислительных системах используется не расчет по некоторому алгоритму, а моделирование, то есть построение реальной физической модели, адекватной решаемой задаче. Явления, протекающие в модели, оказываются по- добны изучаемым явлениям, если модель и решаемая задача описываются одни- ми и теми же системами математических уравнений.

В аналоговых машинах решаемая задача обычно моделируется электрическими схемами, и решение получается после подачи на входы схемы напряжений, соот- ветствующих исходным данным задачи.

Решение получается не путем последо- вательного выполнения арифметических или других действий, которое может занимать секунды, часы и дни, а сразу же после стабилизации уровней напряже- ния во всех участках цепи. При этом используются не два дискретных уровня напряжения, интерпретируемых как цифры 0 и 1, а целый интервал значений на- пряжений, каждая точка которого интерпретируется как вещественное значение. Изменение с течением времени напряжения в некоторой точке цепи соответст- вует изменению значения некоторой вещественной переменной моделируемой задачи. Решением считается совокупность значений параметров (ток, напряже- ние) моделирующей электрической схемы во всех ее точках.

Поскольку решение получается одновременно во всех точках цепи, можно ска- зать, что в аналоговой машине имеет место максимально возможная для решае- мой задачи степень параллелизма, которая определяется не аппаратными возмож- ностями машины, а самой структурой решаемой задачи.

Большинство аналоговых вычислительных машин имеют фиксированную (неиз- меняемую) или коммутируемую архитектуру, подобную архитектуре машины «Марк 1». Основу машины составляют соединяемые между собой электрическими кабелями функциональные блоки, которые выполняют над непрерывными сигна- лами такие операции, как дифференцирование, интегрирование и т. д. При лю- бом изменении программы приходится выполнять перекоммутацию соединений между функциональными блоками, на что требуется довольно много времени.

С точки зрения решения задачи, можно считать, что каждый функциональный блок получает на входе функцию и выдает на выходе ее производную, ее первооб- разную или какую-либо другую функцию-результат. При этом нет необходимости использовать для вычисления, например, определенного интеграла некоторую приближенную формулу, скажем, формулу Симпсона. Функции-результаты ре- гистрируются, как правило, на осциллографах.

В связи с высоким параллелизмом производительность аналоговых машин на спе- циальных классах задач может многократно превосходить производительность самых современных цифровых машин.

Но при этом точность результатов невы- сока, всего 1-6%, что соответствует обычному уровню точности в физических экспериментах и инженерных задачах.

Цифровые вычислительные машины могут использоваться для решения задач любых классов, в то время как аналоговые машины, вообще говоря, относятся к узкоспециализированным системам, которые могут успешно применяться только при решении задач нескольких специальных классов. Наиболее выгодно исполь- зование аналоговых машин для решения задач, описываемых системами диффе- ренциальных, интегральных и интегрально-дифференциальных уравнений, на- пример задачи Коши. Широко применяются аналоговые машины в системах автоматического регулирования, а также в бортовых вычислительных и управ- ляющих системах на судах, самолетах, ракетах.

В некоторых аналоговых машинах для моделирования используются не уровни напряжений в электрической цепи, а электрические процессы в сплошной объем- ной проводящей среде, например такой как электролит. Это позволяет модели- ровать решение сложных задач гидродинамики, теплопроводности и т. д., описы- ваемых уравнениями с частными производными, такими как уравнение Лапласа.

В 1940—1960-е гг. аналоговые вычислительные машины были почти так же широко распространены, как и цифровые. Затем на фоне огромных достижений цифровой техники аналоговые машины отошли на задний план. В настоящее время наблюдается возрождение интереса к этим системам. Поскольку и анало- говые, и цифровые машины обладают как определенными достоинствами, так и недостатками, большой интерес вызывают так называемые гибридные вычис- лительные машины (ГВМ), которые сочетают в себе достоинства аналоговых и цифровых машин.

В этом учебнике рассматривается только архитектура цифровых вычислительных машин. Более подробное обсуждение аналоговых машин можно найти, напри- мер, в [2], [22].

15.2.

<< | >>
Источник: Степанов А. Н.. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей. 2007

Еще по теме Классификация по принципу действия:

  1. § 3. Принципы построения системы (классификации) гражданских договоров
  2. Классификация принципов обучения
  3. 2.Принципы правосудия, их понятие, система и классификация
  4. Принципы действия типоведения
  5. Принцип обеспечения права каждого на судебную защиту, на обжалование в суд действий (бездействия) и решений государственных органов и должностных лиц
  6. § 39 Классификация договоров в отдельных видах. – Римская классификация. – Система прусского закона, французского и австрийского кодекса. – Система русского свода. – Система настоящего изложения.
  7. § 69 Вознаграждение за убыток от действий. – Понятие об убытке и лишении прибытка. – Ответственность за бездействие. – Кто имеет право на вознаграждение. – Ожидаемый вред. – Связь убытка с действием. – Обязательства, возникающие из преступных действий. – Умысел и степень вины. – Личная обида. – Иск об обиде.
  8. 4.2. ПРИНЦИПЫ ОБУЧЕНИЯ Принципы как категория дидактики
  9. Правило выявления «индивидуального действия» на основе установления стабильности действия во времени.
  10. 4. Действия и результат действий как объекты гражданских прав (правоотношений)