книги из ГПНТБ / Караваев, Н. И. Электронные цифровые вычислительные машины и программирование учеб. пособие

В учебном пособии освещен комплекс вопросов, необходимых для понимания принципа работы электронных цифровых вычислительных машин и порядка решения задач на них. Наряду с описанием основ­ ных элементов, уалов и устройств ЭЦВМ рассмотрены общие методы и типовые приемы программирования применительно к условной одноадресной шашине СЭЦВМ-Ч.

Учебное пособие написано старшими преподавателями кафедры радиоэлектрони­ ки и падиогеодеэии ЛВВТКУ: часть перваяподполковншюмьинженером КАРАВАЕВЫМ Н.И., часть вторав - майором-инженером СЕЛУЯНОВЬМ М.М.

Учебное пособие предназначается для курсантов ЛВВТКУ. Оно может быть полезным для офицеров частей ВТС, связанных с ра­ ботой на специализированных ЭЦВМ.

В В Е Д Е Н И Е

Одним иа замечательных достижений научной и техни­ ческой мысли XX в.является создание быстродействующих электронных цифровых вычислительных машин /ЭЦВМ/, которые являются наиболее совершенными представителями так назы­ ваемых кибернетических машин.

К и б е р н е т и к а - наука о процессах управле­ ния в сложных динамических системах живой и неживой при­ роды. Основные положения кибернетики сформулированы аме­ риканским ученым Норбертом Винером в работах, опублико­ ванных в 1948 и 1951 г г . , а своим названием она обязана древнегреческому слову "кибернетис", что значит кормчий, рулевой.

В отличие от таких наук, как физика, химия, которые занимаются установлением и изучением законов движения ма­ терии и энергии, кибернетика изучает законы преобразова­ ния информации в процессах управления.

Кибернетика появилась на основе достижений электро­ ники, автоматики и телемеханики, математики, лингвистики и других наук. Большой теоретический вклад в нее внесли советские ученые А.Н. Крылов, А.А. Чернышев, А.Ф. Шорин,

A.А. Андронов, В.А. Котельников и др.

Всвоем развитии цифровые вычислительные машины прошли три этапа.

Первый этап /вплоть до началаXX в.Дарактеризуется использованием цифровых устройств только механического типа-арифмометров,, настольных бухгалтерских машин и.т.п. Основой ряда типов арифмометров явилось известное "коле­ со Однере", созданное в 1874 г. русским инженером

B.Т. Однером. Среди создателей цифровых машин этого пе­ риода следует назвать имена наших соотечественников:ака­ демика П.Л. Чебышева, разработавшего оригинальную систе­ му построения счетного механизма, академика А.Н. Крылова,

построившего в 1911 году первую в мире машину для решения дифференциальных уравнений, профессора М.А. Бонч-Бруевича, создавшего в 1918 году электронную триггерную ячейку, принцип построения которой широко используется в современ­

развития и совершенствования автоматических цифровых вы­ числительных машин на основе достижений электро- и радио­ техники, электроники, техники полупроводниковых материалов и других отраслей знаний.

Первая электронная цифровая вычислительная машина

программой/ продемонстрировала грандиозные возможности цифровой вычислительной техники. С этого времени начинает­ ся её бурное развитие.

Большой вклад в развитие современной вычислительной техники внесли советские ученые и инженеры, способство­ вавшие созданию научных основ машинной математики и раз­ работавшие многие образцы ЭЦВМ;к их числу в первую очередь следует отнести С.А. Лебедева, И.С. Брука, А.А. Люстерника, А.А. Ляпунова, М.Р. Шура-Бура, Б.И. Рамеева и др.

В СССР первая ЭЦВМ была создана в 1950 г. под руковод­ ством академика Лебедева С.А. - это МЭСН /малая электрон­ ная счетная машина/. Под его же руководством в 1952-1953 гг создается БЭСМ-1, на базе которой разработана и запущена в серийное производство более совершенная машина БЭСЫ-2. Несколько позже созданы машины "Стрела" и "Урал-1". Это были ЭЦВМ первого поколения.

С изобретением в 1948 г. транзисторов и быстрым их совершенствованием возможности цифровой вычислительной

- 5 -

техники значительно расширились. Машины теперь создаются на полупроводниковых и магнитных элементах. Это машины второго поколения.

Характеристики некоторых современных ЭЦВМ показаны в таблице 1 .

В настоящее время разрабатываются ЭЦВМ на так назы­ ваемых интегральных схемах. Это машины третьего поколения.

Наряду с развитием цифровой вычислительной техники все в большей степени совершенствуется методика програм­ мирования вычислений! высшей ступенью которой является автоматическое программирование, требующее минимальной затраты труда математиков-программистов.

Сфера применения ЭЦВМ уже сейчас весьма широка. Они используются в самых различных областях науки и техники для решения математических и технических задач, для авто­

ширению границ применения цифровых машин в области интел­ лектуального труда. Новой проблемой является создание обучающих машиносновного технического средства, облег­ чающего и обеспечивающего реализацию методов программиро­ ванного обучения. Наступит время, когда сфера применения машин расширится до таких пределов, что для человека от­ падет необходимость в так называемой черновой работе.

Коммунистическая партия Советского Союза и Советское правительство прядают большое значение развитию в нашей стране математического машиностроения, и в частности элек­ тронных цифровых вычислительных машин.

В программе КПСС указано: "Получат широкое примене­ ние кибернетика, электронные счетно-решающие и управляю­ щие устройства в производственных процессах промышленнос­ ти, строительной индустрии и транспорта, в научных исследо­ ваниях, в плановых и проектно-конструкторских расчетах в сфере учета и управления".

-7 -

Директивами ХХ1У съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971-1975 годы пре­ дусмотрено " увеличить выпуск средств вычислительной техники в 2,4 раза, в том числе электронных вычислитель­ ных машин в 2,6 рева. Освоить серийное производство ново­ го комплекса электронных вычислительных машин на базе интегральных схем. Создать комплекс технических средств, обеспечивающих автоматизацию процессов регистрации, сбора, хранения,передачи и обработки информации

Директивы успешно выполняются. В сообщении ЦСУ СССР

об итогах выполнения государственного плана развития на­ родного хозяйства СССР в 1971 году отмечается,что произ­ водство приборов, средств автоматизации и вычислительной техники возросло по сравнению с 1970 годом на \7%.

Применение ЭЦВМ в военном деле развивается в основном

втрех направлениях:

а/ для решения научно-технических задач военно-приклад­

Решение многих научно-технических задач военно-приклад­ ного характера требует проведения либо вычислительных ра­ бот в большом объеме,либо сложных экспериментальных ис­ следований. Использование для этих целей ЭЦВМ дает воз­ можность ревко сократить сроки проведения необходимых вы­ числений, а в ряде случаев позволяет заменить дорогостоя­ щие экспериментальные исследования и испытания различных объектов расчетами на машинах, что приводит к значитель­ ной экономии средств и времени.

Решение научно-технических аадач осуществляется, как правило, с помдщью универсальных ЭЦВМ.

ЭЦВМ, используемые для управления войсками, обеспечи­ вают решение двух основных задач управления:

1 / сбор, обработка и индикация данных о противнике и своих войсках, а также о местности, погоде и дру­ гих факторах, влияющих на ведение боевых действий;

- 8 -

2/ проигрывание различных вариантов боя или опера­ ции с целью подготовки необходимых сведении для командира.

Для решения задач управления войсками используются информационно-логические машины, обладающие запоминающими устройствами большой емкости, реализующие большое количест­ во логических операций.

Электронные цифровые машины, применяемые для управле­ ния объектами вооружения, строятся главным образом как специализированные.

Широкое применение находят электронные цифровые вы­ числительные машины в частях ВТС, Они позволили существен­ но ускорить процесс обработки полевых измерений. На смену клавишным электромеханическим вычислительным машинам по­ ступила электронная десятиклавишная вычислительная машине ЭДВМ /ЭДВМ-П/.

Это не автоматическая программно-управляемая машина. Каждый раз для выполнения той или иной операции необходи­ мо нажимать исполнительную клавишу. Но она имеет большие преимущества.

Скорость выполнения операций несравненно выше, чем у электромеханических машин, она бесшумна, не имеет движу­ щихся механических деталей и поэтому обладает большой на­ дежностью.

-при сложении и вычитании - 16 верных десятичных разрядов;

- 9 -

-при умножении - не менее 15 верных десятичных раз­ рядов ;

-при делении и извлечении квадратного корня - не

менее 13 верных десятичных разрядов;

-при вычислении sinx.coSXне менее 10-12 верных десятичных разрядов;

-при вычислении asctgx -точность не хуже 0,013 секунды.

Стационарные геодеяические части в настоящее время

производят вычисления с помощью современных универсальных электронных вычислительных машин большой производитель­ ности. Это позволяет в короткие сроки производить уравни­ вание обширных геодезических сетей. Характеристики одной из таких машин /М-220/ приведены в таблице 1 .

Поступает электронная вычислительная техника и на вооружение полевых частей. Это специализированная топо­ графическая электронная машина. Она способна решать целый ряд геодезических и астрономических задач с большой скоростью. Применение этой машины существенно ускорило обработку полевых наблюдений. Есть все основания полагать, что ЭВМ в частях ВТС будут нвходить все более широкое применение. Будут совершенствоваться как сами вычислитель­ ные средства, так и методы их использования.

Рассмотрим вкратце принцип работы ЭЦВМ.

При решении любой задачи цифровые вычислительные машины производят операции над числами, представленными в виде последовательности цифр. Для изображения каждой

цифры применяются элементы, которые могут находиться в од­ ном иа нескольких устойчивых состояний. Например, цифре 1 ставится в соответствие закрытая электронная лампа или замкнутые контакты реле, а цифра 0 - открытая электрон­ ная лампа или разомкнутые контакты реле. Для изображения числа используется набор таких элементов.

Решение задач на цифровой вычислительной машине о с ­ новывается на численных методах, которые позволяют свести