18.2. Основные характеристики авм

В отличие от ЦВТ, точность, которой определяется ее разрядностью, точность вычислений на АВМ ограничена и определяется качеством изготовления элементной базы и основных узлов. Поэтому точность решения задач на АВМ находится в пределах (0,1-6)% или в числовом диапазоне (0,0001-1) т.е. на уровне большинства физических и инженерно-технических задач. Тогда как для целого класса задач производительность АВМ существенно превышает аналогичный показатель для ЦВМ. Это объясняется параллельным принципом решения задач на АВМ, когда результат решения получается мгновенно и одновременно во всех точках модели. Данная особенность делает весьма целесообразным использование АВМ в замкнутых системах автоматического регулирования и для решения задач в режиме реального времени. Вместе с тем, специфика решения задач на ЦВМ состоит в том, что она часто связана с оптимизацией параметров, изменением исходных данных и просмотром многих вариантов решения. Поэтому в основу сравнения производительности АВМ и ЦВМ целесообразно класть время решения аналогичных задач; при этом предполагается одинаковая точность, устанавливаемая по АВМ. Быстродействие АВМ оценивается количеством эквивалентных операций в секунду ЦВМ, решающей ту же задачу за то же время и с той же точностью. Оценки эквивалентного быстродействия АВМ, проведенные фирмой EAI (США) и НИИсчетмаш, показали, что значительное превосходство АВМ перед ЦВМ по данному показателю.

Широкое применение АВМ, особенно в системах управления, (включая бортовые), требует повышенной надежности, обеспечиваемой коснтруктивно-технологическими решениями. В специальных управляющих АВМ предусматривается частичное или полное резервирование их узлов. На современном уровне развития АВТ и ЦВТ их надежностные показатели, практически совпадают. Используя в своей работе непрерывную логику, АВМ способны выполнять лишь ограниченный набор логических операций (выбор минимакса, условные переходы и др.), существенно уступая ЦВМ в решении задач логического характера. Вместе с тем, АВМ имеют существенные преимущества перед ЦВМ при использовании их в системах автоматического регулирования и управления, т.е. при создании широкого класса АСУТП. В этом случае АВМ допускают значительно более простой интерфейс с контрольно-измерительной аппаратурой, работающей, как правило, с информацией непрерывного характера. Процесс подготовки задачи для решения на АВМ существенно проще аналогичной работы для ЭВМ, так как не требует специальных знаний по программированию и методам алгоритмизации. Вполне достаточно профессиональных знаний в своей области и освоения несложной методики моделирования на АВМ.

18.3. Гибридная вычислительная техника

Под ней понимается класс вычислительных средств, использующий как аналоговую, так и дискретную формы представления и обработки информации их архитектура это аналоговая ВТ в дискретной и наоборот.

Наиболее яркими представителями гибридной вычислительной техники являются:

• АВМ, использующие цифровые методы численного анализа (ИТЕРАТОР-1);

• АВМ, программируемые с помощью ЦВМ. Для них на ЦВМ создаются программы, позволяющие вычислять все масштабные коэффициенты и другие исходные данные для настройки АВМ для решения задачи, например, программа Apache;

• АВМ с цифровым управлением и логикой. Используют цифровые логические схемы для управления решением задач аналоговыми методами (HYDAC);

• АВМ с цифровыми элементами (цифровые вольтметры, функциональные преобразователи, запоминающие устройства и т.д.);

• АВМ с ЦВМ в качестве периферийного оборудования – здесь небольшая ЭВМ под управлением большой АВМ служит для решения специальных классов моделирования;

• собственно ГВМ – содержат в достаточном объеме как аналоговые, так и цифровые узлы для обеспечения самых широких классов задач, решаемых отдельно только АВМ или только ЦВМ. Такое соединение дает машины нового качества;

• ЦВМ с АВМ в качестве периферийного оборудования;

• ЦВМ с аналоговыми арифметическими устройствами служат для увеличения быстродействия ЦВМ путем распараллеливания ряда операций аналоговыми средствами;

• ЦВМ, допускающие программирования аналогового типа, так называемые цифровые анализаторы: ЦВМ с аналого-ориентированными программными средствами, ориентированными на пользователя АВТ; программирование на ЦВМ подобно решению задачи на АВМ (например ФОРТРАНо-подобные системы MIMIC и CSMP).

К машинам типа ГВМ относятся: Comcor, EAI, ADI, PACER (США); MIDA, ADT, HRA, (Чехия, ГДР); Dornier (Германия); АВК-32, АЦВС-33, АЦВК-3, ГВС-100 (СССР).

.

Табица 16.1

Показатель	АВМ	ЦВМ
Тип информации	Непрерывный	Дискретный
Изменение значений	Величиной напряжения	Числовым значением
Базовые операции	Арифметические, интегрирование	Арифметические
Принцип вычислений	Высокопараллельный	Последовательно-параллельный
Режим реального времени	Без ограничений	Ограниченные возможности
Динамическое изменение, решаемой задачи	Посредством системы коммутации	В диалоговом режиме
Основные профессиональные требования к пользователю	Профессиональные знания + методика моделирования	Знания основ по, систем программирования, методов алгоритмизации, професси-ональные знания
Уровень формализации задач	Ограничен моделью решаемой задачи	Высокий
Способность решения логических задач	Ограниченная	Высокая
Точность () вычислений	10^-4	>>10^-40
Диапазон представимых чисел	1-10^-4	Не уже 10^-4-10^40
Класс решаемых задач	Описываемые алгебраическими и дифференциальными уравнениями	Любые задачи
Специальные функции	Ограниченный набор, низкая точность	Любые задачи
Документирование данных и программного обеспечения	Ограниченный	Высокий
Сферы применения	Ограниченные	Практически везде
Пользовательский интерфейс	низкого уровня	высокого уровня

ГВМ используются для анализа и обработки данных экспериментов, проводимых на реальных технических или медико-биологических системах, для решения задач нелинейного и линейного программирования, оптимального управления, краевых задач, систем нелинейных уравнений, линейных корректных и некорректных задач. Они позволяют моделировать дискретные и с распределенными параметрами системы, человеко-машинные системы и случайные процессы, оптимизировать сложные системы, проводить исследования в авиации, космической технике, решать задачи АСУТП, медико-биологические и физико-технические, вычислительной математики и дрСледует отметить, что гибридная вычислительная техника развивается по тем же законам, что и дискретная. Современным ГВМ требуется многопроцессорная аналоговая часть, они допускают расширения своих возможностей за счет копмлексирования базовых комплектов (HYSHARE – до 6 АВМ типа EAI-2000, Русалка до 7 АВМ ЭМУ-200). В свою очередь, создание ГВТ служит толчком для развития ЦВМ нефоннеймановского типа, использующих распараллеливание операций и имеющих нетрадиционную архитектуру.

ГВТ также можно разделить на специальные, общего назначения и персональные аналогично ЦВМ и АВМ.