Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (смотри рисунок).
Рис.Две формы предоставления информации в машинах:
а – аналоговая; б – цифровая импульсная.
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
Такие вычислительные машины часто называют ЭВМ (электронно-вычислительные машины, электронные вычислительные машины). Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами(ЭВМ),без упоминания об их цифровом характере.
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Достоинства ЭВМ:
§ высокая точность вычислений;
§ универсальность;
§ автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;
§ разнообразие задач, решаемых ЭВМ;
§ независимость количества оборудования от сложности задачи.
Недостатки ЭВМ:
§ сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);
§ недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;
§ сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;
§ требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой(больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
Это вычислительная машина непрерывного действия, обрабатывающая аналоговые данные. Предназначена она для воспроизведения определенных соотношений между непрерывно изменяющимися физическими величинами. Основные области применения связаны с моделированием различных процессов и систем.
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Достоинства АВМ:
§ высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;
§ простота конструкции АВМ;
§ лёгкость подготовки задачи к решению;
§ наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.
Недостатки АВМ:
§ малая точность получаемых результатов (до 10%);
§ алгоритмическая ограниченность решаемых задач;
§ ручной ввод решаемой задачи в машину;
§ большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Иногда такие машины называют «комбинированные вычислительные машины», «аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)»
Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В таких машинах числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
