Контрольные вопросы
Какие примеры использования методов моделирования для решения практических задач Вам известны?
На чем основана система аналогий?
Какие методы построения аналоговых вычислительных устройств Вам известны?
Какие виды погрешности характеризуют точность работы аналоговых вычислительных устройств?
Каково назначение основных дифференциальных устройств, используемых в аналоговой технике?
Чем определяется погрешность пассивных суммирующих устройств?
Проведите сравнительный анализ погрешностей пассивного и активного суммирующих устройств. Какие факторы оказывают наибольшее влияние на точность работы суммирующих устройств?
Выведите формулу определения времени дифференцирования пассивной дифференцирующей цепи при заданной относительной ошибке: при R = 1 Ом, C = 0,1 мкф, u = 2 %.
Какие примеры применения активного дифференцирующего устройства Вам известны? Приведите схемы и их характеристики.
Обоснуйте по формулам, описывающих работу пассивной интегрирующей цепи, ее недостатки.
Как задать начальные условия при t = 0 для активного интегрирующего устройства?
Какие основные источники погрешностей у пассивной интегрирующей цепи и активного интегрирующего устройства?
Глава 3 Цифровые вычислительные устройства
3.1. Основные понятия и определения цифровой вычислительной техники.
Вычислительные устройства, выполняющие вычислительные и логические операции на основе представления информации в цифровых, или иначе, дискретных кодах, называют цифровыми. На их основе строят вычислительные машины, которые используют, как правило, электронные компоненты в качестве элементной базы. Такие электронные вычислительные машины получили широкое применение в конце 50-х годов.
В 1948 году американский ученый Дж. Фон Нейман сформулировал общие принципы построения ЭВМ, которые легли в основу построения вычислительных машин и не потеряли своего значения и в настоящее время. Блок-схема неймановской структуры ЭВМ содержит блоки памяти, управления, вычисления и отображения. На рис. 2.1 представлен вариант формирования такой структуры.
Рис. 3.1.1. Общая структура ЭВМ
В ЭВМ неймановской структуры вычислительный процесс при решении любой задачи разворачивается во времени. Это означает, что любая сложная задача, которую нужно решить на ЭВМ, разбивается на более простые шаги - операции, выполняемые последовательно во времени. Для выполнения этих операций используется специальный блок: арифметико-логическое устройство, или АЛУ. Для хранения исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а так же инструкций, определяющих когда и в каком порядке необходимо выполнять те или иные операции, используется оперативная память (ОП). Набор инструкций, указывающих порядок выполнения операций, носит название алгоритма вычислений. Алгоритм вычислений, представленный в виде, пригодном для записи в ОП ЭВМ, носит название программы вычислений. Каждая отдельная инструкция, представленная в виде, пригодном для записи в ЭВМ, носит название команды. Таким образом, программа вычислений представляет собой упорядоченную последовательность команд.
Команды программы поочередно выбираются из ОП и поступают в центральное устройство управления (ЦУУ), которое инициирует выполнение указанных в команде действий. Например, если в команде указана операция, которая должна быть выполнена в АЛУ, то ЦУУ выберет из ОП величины, участвующие в операции, называющиеся операндами. Операндами могут быть не только числовые данные, но и символьная информация, логические данные и сами команды.
Все основные процессы по обработке информации протекают в ЦУУ и АЛУ. В связи с этим указанные устройства рассматривают как самостоятельное устройство, называемое процессором. В настоящее время практически не различают понятия ЭВМ и ЦВМ, поэтому мы будем пользоваться обоими обозначениями.
Для того чтобы ЭВМ решила некоторую задачу, необходимо в ОП записать программу вычислений и исходные данные. Для ввода в ОП указанной информации, а так же для вывода из ОП результатов вычислений используются специальные устройства, получившие название устройств ввода-вывода (УВВ). В качестве УВВ чаще всего выступают клавиатура, манипулятор типа «мышь», печатающие устройства, электронные устройства отображения - дисплеи, графопостроители и другие устройства.
Выполнение операций ввода-вывода возлагается на специализированное устройство - канал ввода-вывода (КВВ). В некоторых ЭВМ функции КВВ выполняет сам процессор. Для хранения информации, не участвующей в текущий момент времени в обработке, используется внешняя память, которая состоит из внешних запоминающих устройств (ВЗУ), подключаемых к ОП через каналы ввода-вывода. В ВЗУ хранится информация, периодически вступающая в обработку и для этого пересылаемая в ОП. Чаще всего в качестве ВЗУ в ЦВМ используются накопители на магнитных дисках. УВВ и ВЗУ часто объединяют в общую группу внешних устройств ЭВМ.