Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметическо-логическое устройство, устройство управления, пульт ручного управления, устройства ввода данных в машину и вывода из нее результатов расчета и память.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) осуществляет логические и арифметические преобразования над вносимыми в него машинными словами, т. е. кодами конкретной длины, являющимися числами или другим видом информации.

Память хранит информацию, которая передается из других устройств, в том числе подающуюся в машину извне через устройство ввода, и выдает обратно во все другие устройства уже переработанную информацию, необходимую для осуществления вычислительного процесса. Память машины в большинстве случаев состоит из двух частей: быстродействующей основной или оперативной (внутренней) памяти (ОП) и относительно медленно действующей, однако способной хранить гораздо больший объем информации внешней памяти (ВП).

Оперативная память имеет в своем составе некоторое число ячеек, каждая из которых предназначена для хранения машинного слова. Ячейки нумеруются, номер является ее адресом.

В запоминающих устройствах, выполняющие в ЭВМ функцию памяти, производятся операции считывания хранимой информации для передачи в иные устройства и записи информации, которая поступает из других устройств. При считывании машинного слова из ячейки ее содержимое не меняется, и если возникает такая потребность, слово может быть снова считано из той же ячейки. При записи хранившееся в ячейке слово удаляется и его место занимает новое.

Управляющее устройство (УУ) автоматически руководит вычислительным процессом.

Автоматическое управление процессом решения задачи достигается на базе принципа программного обеспечения, которое является главной особенностью ЭВМ.

Устройство вывода предназначено для выдачи из машины результатов расчета.

С помощью пульта управления оператор запускает и останавливает машину, а при возникновении такой потребности может регулировать процесс решения задачи.

ЭВМ обладают универсальностью, т. е. они могут использоваться для решения различных задач. Любая нужная точность вычислений может быть достигнута с помощью увеличения числа разрядов в представлении чисел в ЭВМ и соответствующего увеличения количества оборудования без повышения требований к точности работы данных электронных схем.

Каждая ЭВМ обладает конкретными свойствами, такими, например, как возможность обрабатывать информацию той или иной формы (цифровую, алфавитно-цифровую, которая представлена словами переменной или постоянной длины и т. п.), производить определенные логические и арифметические преобразования, операции, которые связаны с организацией совокупной работы устройств машины, и др.

Для придания ЭВМ конкретных свойств применяют средства двух видов: программные и аппаратурные.

Часть свойств ЭВМ приобретает из-за наличия в ее составе электромеханического или электронного оборудования, которое специально предназначено для реализации данных свойств.

Ряд других свойств приобретается программным путем без специальных аппаратурных средств, при этом используются имеющиеся в наличии аппаратурные средства машины, которые работают в предписанном порядке в соответствии с программой, позволяющей обеспечить выполнение машиной данной функции.

Как правило, для придания ЭВМ того или иного свойства применяют комбинацию программных и аппаратурных средств, что позволяет при довольно небольших аппаратурных затратах получить высокую эффективность и быстродействие при реализации соответствующей функции.

С точки зрения пользователя не так важно, выполняется та или иная функция программными или аппаратурными средствами. Поэтому можно говорить о виртуальной ЭВМ, которая обладает некоторыми свойствами, реализуемыми с помощью совокупности программных и аппаратурных средств.

Система программного обеспечения ЭВМ является комплексом программных средств, который можно разделить на операционную систему, пакеты прикладных программ и комплект программ технического обслуживания.

Операционные системы представляют собой важнейшую и центральную часть программного обеспечения ЭВМ, которая предназначена для эффективного управления вычислительным процессом, распределения ресурсов ЭВМ и планирования работы, организации выполнения программ при различных режимах работы машины и автоматизации процесса их подготовки, облегчения общения оператора с машиной.

Операторы и пользователи не имеют прямого доступа к устройствам ЭВМ. Их связь с ЭВМ осуществляется при помощи операционной системы, которая обеспечивает определенный уровень общения человека с машиной.

Он в основном определяется языком, на котором оно осуществляется. Аппаратурные средства ЭВМ и система ее программного обеспечения в совокупности являются вычислительной системой. При создании новой ЭВМ разработка программного обеспечения и разработка аппаратуры должны осуществляться взаимосвязано и одновременно.

Круг вопросов, которые подлежат решению при разработке архитектуры ЭВМ, можно символично разделить на вопросы общей структуры, организации общения пользователя с машиной и вычислительного процесса, вопросы логической организации хранения, представления и преобразования информации и вопросы логической организации совместной работы разнообразных устройств, а также программных и аппаратурных средств машины.

В середине XIX в. развитие атомной физики, космической и ракетной техники потребовало решения вычислительных задач такого огромного объема, что с ними было невозможно справиться с помощью имевшихся в то время перфорационных или клавишных счетных машин. Данная потребность привела к изобретению на рубеже 1940—1950-х гг. цифровых электронных вычислительных машин. Идея применения программного управления для построения устройства, которое автоматически выполняет арифметические действия, была впервые предложена английским математиком Ч. Бэббиджем уже в 1833 г. Но его попытки не увенчались успехом.

Фактически подобная идея была реализована, когда К. Цюзе в 1942 г. в Германии и Г. Айкен в 1944 г. в США сконструировали на базе электромагнитных реле вычислительные машины с управлением от перфоленты.

Идея программного управления вычислительным процессом была значительно развита американским математиком Джоном фон Нейманом, который в 1945 г. описал принцип хранимой в памяти программы.

Первые ЭВМ с хранимой в памяти программой и с программным управлением появились почти одновременно в СССР, США и Англии.

Значительный вклад в развитие отечественной вычислительной техники внес академик С. А. Лебедев. Под его руководством в 1949—1951 гг. была сконструирована первая в нашей стране ЭВМ – Малая Электронная Счетная Машина (МЭСМ), а уже в 1952—1954 гг. – Быстродействующая Электронная Счетная Машина (БЭСМ), которая выполняла 8000 операций/с и являлась в то время одной из наиболее быстродействующих ЭВМ в мире.