Электронные вычислительные машины (ЭВМ)
Электронные вычислительные машины — технические устройства, выполненные на основе электронных приборов (см. Электроника). ЭВМ в течение секунд успевают проделать миллионы действий над многозначными числами, множество сложнейших вычислений, освобождая человека от сложнейшей и трудоемкой работы.
Путь чисел в машину начинается с кодирующего блока (см. рис.). В нем числа и команды переводятся на «машинный» язык и поступают во вводное устройство. Затем исходные данные задачи направляются в запоминающее устройство, предназначенное для хранения условий и программы решения задачи, промежуточных и окончательных результатов, многочисленных числовых величин, которые могут понадобиться при вычислении.
После выбора исходных данных в блоке памяти вся необходимая информация в виде электрических сигналов поступает в арифметическое устройство. Здесь включаются в работу многочисленные сумматоры — электронные «арифмометры», схемы умножения, деления, вычитания.
Окончательный результат вычислений поступает в выводное устройство и выдается чаще всего в виде графиков или числовых таблиц, которые печатаются на бумажных рулонах или бланках. Для этой цели широко используют буквопечатающие телеграфные аппараты — телетайпы и электрические пишущие машинки. Очень удобен для получения сведений от ЭВМ экранный пульт — дисплей, представляющий собой телевизор с добавлением устройств запоминания информации и выдачи ее на экране. Руководит всей работой вычислительной машины управляющее устройство. Оно воедино связывает отдельные части ЭВМ и командует ими: какая из них и когда должна вступать в действие, что и как делать. Программа работы машины заранее составляется квалифицированными специалистами (см. Программирование) .
Первые ЭВМ появились в середине 40-х гг. XX в. В развитии вычислительной техники выделяют 4 поколения ЭВМ. 1-е поколение (40-е — начало 50-х гг.) выполнялось на электронных лампах. В качестве памяти использовались магнитные барабаны и электроннолучевые трубки. ЭВМ тогда применялись только для численного решения научно-технических задач. 2- е поколение ЭВМ (середина 50-х — начало 60-х гг.) было основано на полупроводниковых приборах (см. Полупроводники), в качестве памяти машин использовались магнитные ферритовые сердечники. Эти ЭВМ были в 10 раз экономичнее машин предыдущего поколения. Использовались они не только в счетных операциях, но и в автоматизации производственных процессов. 3- е поколение (60-е гг.) обеспечивалось интегральными схемами (см. Микроэлектроника) с миниатюрными (диаметром до 0,3 мм) ферритовыми сердечниками. ЭВМ стали экономичными и быстродействующими, использовались во многих отраслях народного хозяйства. 4- е поколение ЭВМ (с конца 60-х гг. по настоящее время) основано на больших интегральных схемах (БИС) и интегральных носителях информации в запоминающих устройствах. Широко применяются микропроцессоры — устройства для обработки данных. Создание микропроцессоров связано с успехами новейшей микроэлектронной технологии, позволившей интегральными методами изготавливать большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы на поверхности кремниевого кристалла размером всего в несколько Квадратных миллиметров. В современных интегральных схемах на одном кристалле располагается до 500 тыс. электронных элементов! Применение микропроцессоров во много раз уменьшило размеры электронных устройств, повысило их надежность, удешевило производство.
В будущем появится вычислительная техника, основанная на иных физических принципах, в частности оптические машины, в основу устройства которых положены методы голографии, а линии связи заменены оптическими волокнами.
По своей производительности электронные вычислительные машины подразделяются на большие, мини- и микроЭВМ. С развитием элементной базы будет происходить дальнейшая микроминиатюризация ЭВМ. Предполагается, что к концу 80-х гг. персональные микроЭВМ займут первое место среди изделий электронно-вычислительной техники. Типичная персональная ЭВМ состоит из блока сопряжения, устройства отображения (дисплея) и клавиатуры.
Обработка информации в электронных вычислительных машинах осуществляется в двоичном коде. Дело в том, что электронные схемы машины под действием управляющих сигналов могут переключаться в одно из двух состоянии: с высоким уровнем выходного сигнала (>2,5 В) или с низким уровнем его (<0,5 В). Сигнал высокого уровня эквивалентен логической единице, а сигнал низкого уровня — логическому нулю. Таким образом, для обработки информации машиной необходимо предварительно закодировать все входные данные (числа, буквы, символы, знаки и т. д.) в виде набора единиц и нулей. Затем эти цифры (1 и 0) преобразуются в электрические сигналы, воспринимаемые электронными схемами машины для их обработки. Кодирование сейчас нередко выполняют сами ЭВМ.
Исходная программа для ЭВМ составляется на одном из алгоритмических языков высокого уровня — Бейсик, Фортран, Паскаль, Фокал и др. (Алгоритм — набор правил, лежащий в основе программы для ЭВМ.) Затем программист с помощью клавиатуры вводит закодированную информацию в память машины. ЭВМ широко используются в научных исследованиях и технических расчетах, обработке информации (в том числе планировании, учете, прогнозировании и т. п.), в автоматическом управлении, в сфере образования, применяются в самых различных отраслях народного хозяйства, среди которых — производство, транспорт, связь и др.
С 1985/86 учебного года в программу школ нашей страны введен курс информатики и вычислительной техники. В специальных школьных вычислительных кабинетах учащиеся знакомятся с принципами действия ЭВМ, осваивают алгоритмические языки и основы программирования.
ЭВМ используются и на уроках по другим школьным предметам.
