3.3. Гибридная вычислительная техника
Истоки современного развития и широкого распространения аналоговогоидискретногопринципов обработки информации восходят к 40—50-м годам, однако по ряду причин в это же время происходит весьма резкая дифференциация разработок по обоим направлениям, со временем выросшая в открытуюконкуренцию вплоть доантагонизма.В этой конкуренции первоначально одержала верх линия сторонников ЦВТ, завоевав львиную долю средств ВТ всех типов и классов. Однако уже с начала 60-х годов многие исследователи (в первую очередь, связанные с задачами моделирования сложных динамических систем, описываемых дифференциальными уравнениями; системами автоматического контроля и управления и др.) и специалисты ВТ начали все четче понимать преимущества и недостатки обоих типов ВТ, во многом зависящие от конкретных приложений. Результатом этого явилась тенденция ксозданию средств ВТ, использующих оба принципа(аналоговыйи дискретный) представления и обработки информации; естественное развитие данной тенденции привело к созданию нового типа ВТ — гибридной(ГВТ), играющей чрезвычайно важную роль в системе компьютерной информатики.В дальнейшем под ГВТ будем понимать весьма широкий класс ВС, использующих каканалоговую,так идискретнуюформы представления и обработки информации. Современные тенденцииразвития ГВТ определяются использованием методов и архитектураналоговойВТ вдискретнойи наоборот.
Как и в случае любой гибриднойсистемы, сочетающей различные принципы, ГВТ представляет весьма широкий спектр ГВМ, на полюсах которого находятся классы АВТ и ЦВТ. Среди наиболее известных подклассов ВМ данного спектра, находящихся в эксплуатации, отметим наиболее ярко выраженные:
— АВМ, использующие цифровые методы численного анализа (ИТЕРАТОР-1);
— АВМ, программируемые с помощью ЦВМ; суть подхода состоит в создании программ ЭВМ, позволяющих вычислять все масштабные коэффициенты и другие исходные данные для настройки АВМ на решение задачи; например, программа Apache;
— АВМ с цифровыми управлением и логикой; используют цифровые логические схемы для управления решением задач аналоговыми методами; например, HYDAC;
— АВМ с цифровыми элементами (цифровые вольтметры, функциональные преобразователи, запоминающие устройства и т.д.);
— АВМ с ЦВМ в качестве периферийного оборудования; небольшая ЭВМ под управлением большой АВМ служит для решения специальных классов моделирования;
— собственноГВМ; содержит в достаточном объемекак. аналоговые, так ицифровыеузлы для обеспечения самых широких классов задач, решаемых отдельно чисто АВМ и ЦВМ; иначе, ГВМ —универсальные ВС относительно решения широкого класса задач, решаемых отдельно АВМ и ЦВМобщегоназначения; соединение двухуниверсальностей дает в результатеновоекачество;
— ЦВМ с АВМ в качестве периферийного оборудования;
— ЦВМ с аналоговыми арифметическими устройствами; служат для увеличения быстродействия ЦВМ путем распараллеливанияряда операцийаналоговымисредствами,
— ЦВМ, допускающие программирование аналоговоготипа; т нцифровые дифференциальные анализаторытрех типов;
— ЦВМ с аналого-ориентированными ПС, создание специальных ПС для ЦВМ, ориентированных на пользователя АВТ, программирование на ЦВМ подобно решению задачи на АВМ, например, Fortran-подобные системыMIMICиCSMP.
В дальнейшем под ГВМ будет пониматься собственноГВМ, занимающая центральное место в спектре всей ГВТ В настоящее время АВМ/ГВМчетвертогопоколения выполняются на одной элементной базе (ИС и гибридные ИС) и могут использоваться в одинаковых условиях эксплуатации для решения одних и тех же задач. Широкое использование микроэлектронной технологии (ИС, ГИС, БИС, СБИС) позволило резко повысить качество, технологичность, надежность и уровень миниатюризации АВМ/ГВМ. Спектр приложений АВМ/ГВМ также практически совпадает — от исследовательских организаций до бортовых систем (корабли, самолеты, ракеты и др ). Показано, что при соответствующем выборе классов решаемых задач, организации процессов вычислений и эксплуатации ГВМ, их экономическая эффективность можетпревышатьаналогичный показатель для ЦВМ в десятки раз.
Первые большие ГВМ были созданы в конце 50-х годов в Space Technology LaboratoriesиConvair Astronautics(США) для целей моделирования динамики баллистических ракет. На первых порах становления ГВМ основной областью их применения было моделирование физических систем и объектов, когда описывающие математическую модель системы или динамику объекта уравнения погружались в среду ГВМ Второйпо значимости областью приложений ГВМ были анализ и обработка данных экспериментов, проводимых на реальных технических или медикобиологических системах Следует отметить эффективность применения гибридных ВСдля решения задач линейного и нелинейного программирования; оптимального управления, краевых задач, систем нелинейных уравнений, линейных корректных и некорректных задач. Последующее расширение сферы приложений ГВМ включило такие важные области, как моделирование дискретных и с распределенными параметрами систем, человеко-машинных систем и случайных процессов; оптимизация сложных систем, исследования в авиации, космической технике и космонавтике; АСУТП, медико-биологические и физико-технические исследования, задачи математической физики и вычислительной математики и др.
Аналогично АВМ, ГВМ можно условно классифицировать на специальные, общего назначения и персональные.
В последнее 20-летие в ряде стран ведутся интенсивные исследования по созданию нового типа ГВТ, базирующейся на стохастическом (в отличиеот непрерывногоидискретного)представлении информации.СтохастическиеВМ (СтВМ) сочетают в себе ряд преимуществ классических АВМ и ЦВМ; значения величин в СтВМ представляются в видевероятностейпереключения цифровых логических элементов. В этом смысле любое значение может полагатьсяаналоговым,а сами СтВМ образуют особый подкласс ГВМ. Решение задачи на СтВМ сводится к соответствующей коммутации вычислительной модели (подобно АВМ), но еефункциональныеблоки являются цифровыми (подобно ЦВМ). К особенностям СтВМ следует отнести простоту и миниатюрность функциональных блоков, обусловленных заменойопераций надчисламиоперациями надвероятностямиих появления. Данные качества при умеренных требованиях к точности и скорости вычислений выгодно отличают класс СтВМ от классической ВТ. На сегодня в эксплуатации находится небольшое число СтВМ, поэтому пока не представляется возможным достаточно адекватно оценить эффективность их применения для решения задач тех или иных классов. Но уже сейчас их применение представляется весьма перспективным в системах управления реального времени и массового обслуживания, для реализации алгоритмов адаптации и обучения, ибо их принципы наиболее адекватны алгоритмам стохастическогомоделирования случайных процессов. Близко к СтВМ примыкают и так называемыеэргодическиеВМ, ориентированные на компьютерное моделирование сложных систем в различных областях (экономика, техника, биология и др.). Ведутся перспективные проекты по созданию оптических аналоговыхи оптоэлектронных гибридныхвычислительных систем.
- Архитектура эвм
- Часть 1
- §1 Введение
- 1.1. Определение.
- 1.2. Обобщенная структура эвм.
- §2. Две парадигмы программирования.
- 2.1. Введение. Последовательная и параллельная модели программирования.
- 2.2. Параллелизм данных.
- Управление данными.
- §3. Архитектурная организация эвм основных классов и типов
- 3.1. Ведение.
- 3.2. Аналоговая вычислительная техника
- 3.3. Гибридная вычислительная техника
- 3.4. Дискретная вычислительная техника
- 3.4.1. Специальные эвм.
- 3.4.2. Микропроцессорные эвм и пк.
- 3.4.3. Эвм общего назначения
- 3.4.4. Супер-эвм
- §4 История развития вт. Поколения эвм.
- 4.1. Первое поколение эвм.
- 4.2. Второе поколение эвм.
- 4.3. Третье поколение эвм.
- 4.4. Четвертое поколение эвм.
- 4.5. Пятое поколение эвм.
- §5 Классификация и основные характеристики эвм.
- 5.1. Характеристики.
- 5.2. Классификация эвм.
- 3. Режимам работы:
- Литература:
- Содержание: