Вычислительная математика и программирование - Боглаев Ю.П.
ISBN 5-06-00623-9
Скачать (прямая ссылка):
Автор приносит глубокую благодарность академикам Ю. А. Оси-пьяну, А. А. Самарскому, А. Н. Тихонову, профессором В. Ф. Бутузову, А. Б. Васильевой, Ю. А. Дубинскому, В. П. Кутепозу, С. А. Ломову, Н. X. Розову, В. А. Тупчиеву, А. Б. Фролову, доцентам А. А. Амосову, Н. В. Копченовой, В. Г. Сушко, чей научно-педагогический опыт бйл явно и неявно использован в работе над книгой.
Все замеченные недостатки, предложения просьба направлять автору в адрес изд-ва «Высшая школа». 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., 29/14.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Во все времена человек стремился расширить свои возможности, создавая разнообразные орудия труда, познания мира, средства существования. Так, например, недостаточность зрениия компенсируют микроскоп, телескоп, радиолокатор. Ограниченные возможности передать информацию друг другу расширяются телефоном, радио, телевидением.
Вычислительные машины «дополняют» возможности человеческого мозга, расширяют его возможности по обработке информации, позволяют увеличить скорость принятия решения в ходе выполнения какой-либо работы.
В конце 40-х годов XX в. работы в области ядерной физики, баллистики управляемых снарядов, аэродинамики и т. д. потребовали такой вычислительной работы, которую уже было невозможно выполнить с помощью арифмометров — основного вычислительного инструмента тех лет. Наука и техника были поставлены перед дилеммой: или всем сесть за арифмометры, или найти новый эффективный инструмент вычислений. Аналогичные проблемы уже не раз возникали и будут еще не раз вставать перед учеными и инженерами: экстенсивный путь развития далее неприемлем, необходим новый, интенсивный путь. Проблема была решена созданием универсальной вычислительной машины. Термин «универсальная» использован не случайно: специализированные машины (например, для обработки банковских счетов, инвентаризации на перфорационных машинах) существовали и ранее, но не было машины, команды для которой, записанные в память, можно было быстро заменить новыми.
Кроме арифметических вычислений ЭВМ может выполнять и логические, т. е. делать выбор между вариантами (ветвями) продолжения действий в зависимости от выполнения некоторых условий. Таким образом, ЭВМ — это нечто большее, чем «быстрый арифмометр».
Краткая характеристика различных поколений ЭВМ.
Первое поколение ЭВМ. Техническая основа элементной базы машин первого поколения — электронные лампы. Максимальное быстродействие ~ 102 арифметических операций в секунду (оп/с), объем оперативной памяти 102 слов. Режим использования — монопольный, т. е. в распоряжении пользователя были все ресурсы машины и ее управление.
7
Второе поколение ЭВМ. Техническая основа—транзисторы. Максимальное быстродействие ~ 104 оп/с, объем оперативной памяти ~ 104 слов, внешняя память на магнитных лентах, дисках ~ 107 слов. Режим использования—пакетная обработка. Задания для ЭВМ (на перфокартах или магнитных лентах, дисках) собирались в пакет, который обрабатывался без перерыва между заданиями. Такой способ диктовался в первую очередь экономическими соображениями.
Третье поколение ЭВМ. Техническая основа — большие интегральные схемы (БИС), которые на малых полупроводниковых кристаллах. реализуют большие схемы машин второго поколения. Максимально^ быстродействие ~ 106 оп/с, оперативная память —106 слов, внешняя память ~ 109 слов. Метод использования— режим разделения времени совместно с пакетной обработкой. Высокое быстродействие позволяет время обслуживания пользователей разбить "на кванты, обрабатывая в течение кванта задание каждого, возвращаться к пользователю за такое малое время, что у цего создается иллюзия за дисплеем, что только он один «владеет» машиной. Положение пользователя стало похожим на монопольное владение ЭВМ первого поколения.
Четвертое поколение ЭВМ. Техническая основа—сверхбольшие интегральные схемы (СБИС); на одном полупроводниковом кристалле реализуются основные элементы ЭВМ третьего поколения, наличие многих параллельно работающих устройств обработки информации. Имеется тесная связь аппаратурной и программной реализаций в структуре машин, наличие элементов новой архитектуры ЭВМ. Традиционная архитектура ЭВМ фон Неймана доминировала на протяжении трех поколений. Максимальное быстродействие —109 оп/с, оперативная память ~ 107 слов, внешняя память ограничена в основном экономическими соображениями. Метод работы—доступ к ЭВМ, объединенным в сети; использование пакетов программ с языками программирования, близкими к профессиональным.
Пятое поколение ЭВМ. Проекты ЭВМ пятого поколения находятся в стадии реализации. Но уже из этих проектов и первых опытных экземпляров ЭВМ можно заключить, что максимальное быстродействие арифметических вычислений дополняется здесь высокими скоростями логического вывода. Даже скорость предполагается выражать в единицах лвс (логический вывод в секунду). Форма общения с ЭВМ на естественном языке и дисциплина программирования как наука для пользователя перестают в будущем быть актуальными. Знания, накопленные в различных областях человеческой деятельности, хранятся в памяти ЭВМ в базах знаний, и с их же помощью они расширяются и пополняются. Бумажные носители информации исчезают. Дальнейшее описание проектов было бы похоже на жанр научной фантастики.
