Файл: Основы автоматизации для металлургов..pdf

Память цифровой ЭВМ предназначена, как и тетрадь в предыду­ щем случае, для хранения программы, входных данных, промежу­ точных и окончательных результатов. Арифмометр заменен элек­ тронным вычислительным (арифметическим) устройством. Так как внутри собственно ЭВМ информация циркулирует в виде электри­ ческих сигналов, она должна содержать еще другие элементы для обеспечения контакта расчетчика с ЭВМ. Устройство, позволяющее регистрировать программу и входные данные в памяти ЭВМ, является входным блоком. Устройство, служащее для вывода результатов из ЭВМ, называется выходным блоком. (Эта ана­ логия является довольно неточной, но для данных целей этого до­ статочно.)

Можно представить, что цифровой вычислительный процесс про­ текает аналогично процессу вычислений, выполняемому операто­ ром, с той разницей, что физическим носителем информации здесь является не запись цифр на бумаге, а последовательность электри­ ческих импульсов, комбинация которых соответствует закодиро­ ванным инструкциям программы и исходным данным для вычис­ лений.

которое описывает, например, разгон регулируемого серводвига­

форме. Можно его «решить» еще и таким способом: установить оборудование и определять разгон s(t) экспериментально, изменяя положение выходного вала в зависимости от времени. Причем сле­ дящий привод можно установить иного масштаба (например, мень­ ший) и таким образом создать модель собственно оборудования, на котором проводятся измерения. Создавать модель на аналогич­

"Если приведенное выше уравнение будет описывать, например, скорость химической реакции в зависимости от времени, то изме­ нение этой скорости можно определить, составив приведенную электромеханическую модель и измерив положение выходного вала s(t). Затем на основании масштаба M модели можно «прокалиб­ ровать» результаты измерений: единица угла поворота вала в за­ висимости от времени =М- (единица скорости химической реакции).

174

Различная качественная основа обоих процессов не является помехой, так как исследователь знает качественную сущность ре­

ЭВМ, предназначенные для решения систем дифференциальных уравнений. Аналоговая ЭВМ придает независимой переменной ве­ личине при решении дифференциального уравнения вид аналоговой величины — времени (т), а зависимой переменной физической ве­ личине—вид величины электрического напряжения (U). С этими величинами можно легко проводить математические операции: из­ меняющийся во времени сигнал (напряжение) легко интегрируется, суммируется с другим сигналом (напряжением), умножается на константу и т. д.; результирующие характеристики U(т) можно легко регистрировать при помощи осциллографа, самописца, их можно легко измерять при помощи вольтметра.

Приведем наглядный пример аналогового вычисления по схеме: математическая задача->-аналоговое вычисление-крещение задачи.

Если мы исследуем, например, нагрев прутков, то уравнение, выражающее математическую зависимость, имеет вид

вание является обратным входному преобразованию. Проанализировав кривую (7=(7(т), получим представление об

грева.

Приведенные основные принципы работы ЭВМ носят лишь ин­ формативный характер. Практически ЭВМ намного сложнее и принципы их построения будут рассмотрены в следующем разделе этой главы.

175

Люди, пользующиеся ЭВМ, не обязаны знать в деталях соб­ ственно конструкцию ЭВМ, так же как владелец машины, имею­ щий шофера, может ничего не знать о конструкции автомобиля и управления им. Однако необходимо, чтобы каждый, пользующийся вычислительной машиной, был настолько ознакомлен с основами конструкции и программирования на ЭВМ, чтобы мог судить о воз­ можностях самого устройства и областях его применения. Знание основных принципов конструкции ЭВМ при этом позволит гораздо быстрее понять принципы программирования, что необходимо при обсуждении возможностей использования ЭВМ на предприятии.

2.ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

ИПРОГРАММИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ЭВМ

Попытки автоматизировать вычислительные работы относятся еще к временам средневековья. К наиболее старым «вычислитель­ ным машинам» относятся счеты, которые применялись в Китае еще 300 лет до нашей эры. Примерно около 300 лет назад были со­

шины и др.), которые позволили механизировать выполнение ариф­ метических операций.

Разработчики этих устройств стремились максимально меха­ низировать и работу оператора, поскольку необходимость его уча­ стия в процессе вычислений нарушала непрерывность вычислитель­ ного процесса. В результате этих стремлений были созданы счетноаналитические машины, производство которых было начато в конце

сло «записывается» (кодируется) на перфокарте соответствующей комбинацией отверстий. Данные, записанные на перфокарту, в ма­ шине дешифруются, и, согласно заранее зафиксированной про-і грамме, машина выполняет с дешифрованными данными соответ­ ствующие операции. Вид операции, которая должна быть выпол­ нена, может быть также закодирован на перфокарте.

Счетно-аналитические машины пригодны главным образом для выполнения таких вычислительных работ, когда одна и та же опе­ рация проводится с большим количеством чисел, а число операций невелико. (Впервые такие машины конструкции Голлерита были использованы для обработки информации по переписи населения в США в 1890 г.)

Собственно цифровая вычислительная машина, снабженная па­ мятью, впервые была предложена еще в 1833 г. X. Бэбэджем, про­ фессором Кэмбриджского университета. Но проект этот чисто тео­ ретического характера, так как он превосходил технические воз­ можности того времени. Первая автоматическая вычислительная машина последовательного действия с управлением от перфоленты, MARK I , была сконструирована в США в 1937—1944 гг. Затем

176

была создана конструкция вычислительной машины MARK I I . Воз­ можности этих вычислительных машин были довольно ограничен­ ными, так как механические элементы (реле), из которых машина состояла, не позволяли достичь тех параметров, которые требова­ лись потребителям [21, 40].

Скорость операций на этих машинах, емкость памяти, а тем самым и возможности их использования возросли при применении электронных элементов в их конструкции. В быстром развитии электронных вычислительных машин большую роль сыграло их применение для военных целей. Первая ЭВМ с внутренней па­ мятью, марки ENIAC, была сконструирована для военных целей в связи с созданием водородной бомбы в США в 1945 г. В 1951 г. появилась первая коммерческая ЭВМ UNIVAC (табл. 20).

рокого применения была недостаточной. Современные ЭВМ имеют

Первые электронные вычислительные машины получили назва­ ние ЭВМ первого поколения. В результате замены электронных ламп транзисторами были получены ЭВМ второго поколения. Эти ЭВМ имеют много преимуществ по сравнению с ЭВМ первого по­ коления — большую надежность, большую скорость, более низкую стоимость, более низкие экслуатационные расходы и расходы по установке. В результате замены транзисторов интегральными схе­ мами возникли ЭВМ третьего поколения, которые имеют такие же преимущества по сравнению с ЭВМ второго поколения, какие имели ЭВМ второго поколения по сравнению с ЭВМ первого по­ коления. Именно интегральные схемы позволили создать агрегат­ ные ЭВМ и увеличить скорость более чем до 1 млн. операций в се­ кунду (рис. 113).