компьютеры и жизнь самара и математическое моделирование

АЛЕКСАНДР АНДРЕЕВИЧ САМАРСКИЙ (родился в 1919 г. в с. Н.-Ивановское Донецкой области) — академик АН СССР, зав. отделом Института прикладной математики им. М. В. Келдыша АН СССР, зав. кафедрами в МГУ им. М. В. Ломоносова и МФТИ, член ряда редколлегий научных журналов, председатель Научного совета по комплексной проблеме * Математическое моделирование» АН СССР. Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и Государственной премий. Широко известен в нашей стране и за рубежом фундаментальными работами в области численных методов, математической физики и вычислительного эксперимента. Активный пропагандист и популяризатор методов и идей прикладной математики.
      МИХАЙЛОВ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ (родился в 1947 г. в Москве) — доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института прикладной математики им. М. В. Келдыша АН СССР, член Научного совета по комплексной проблеме «Математическое моделирование» АН СССР. Специалист по вычислительной математике и математическому моделированию.

     
      Художники: Е. А. Коган Л. X. Насыров

     
      Введение 3
      ЭВМ как инструмент познания 5
      Первые шаги вычислительного эксперимента 44
      Математическое моделирование — микромир, клетка, Вселенная 72
      Компьютеры в роли пророков 106
      Заключение 126

     
     
      Введение
      Эта книга обращена к школьникам, но авторы хотели бы обсудить на ее страницах вполне взрослые проблемы. Ведь пройдет 5 — 10 лет, и нынешние старшеклассники примут на свои плечи часть ответственности за будущее общества, за жизнь на планете.
      Стремительное развитие человечества, теснейшая связь внешне отдаленных явлений и событий, вопросы неведомые еще вчера и ждущие немедленного решения сегодня, все, что укладывается в емкое понятие «ускорение», — визитная карточка нашего времени. Путь вперед представляется неширокой тропой, движение по которой требует тщательного выбора. Любой неверный шаг — это шаг навстречу экономическим потрясениям, истощению земных ресурсов или к военным столкновениям.
      Борьба созидательных и разрушительных сил ведется и на обширных полях научно-технического прогресса. Она имеет своих героев и антигероев. Американскому президенту Г. Трумэну, отдавшему приказ о бомбардировке Хиросимы и Нагасаки, конструктору смертоносных ракет «ФАУ» В. фон Брауну, «отцу» американской водородной бомбы Э. Теллеру в нашей памяти противостоят светлые имена И. В. Курчатова, С. П. Королева, М. В. Келдыша, предложивших пути мирного использования нового вида энергии и космической техники.
      Эту борьбу начинали и малоизвестные «участники», среди которых были первые компьютеры. С их помощью рассчитывались траектории и режимы работы двигателей космических аппаратов, процессы, протекающие в веществе при развитии ядерных и термоядерных реакций. Несмотря на это, трудно было предсказать потомкам тогдашних ЭВМ, громоздких и ненадежных, столь блестящую карьеру.
      С тех пор прошло почти 40 лет, и из персонажа карикатур — электронного шкафа с подмигивающим пультом — компьютеры превратились в катализаторов научно-технического прогресса. Слова «ЭВМ», «микропроцессор», «дисплей» у всех на устах.
      Компьютеры помогают делать научные открытия, работают в различных системах управления, руководят станками. Появились термины «компьютеризация», «компьютерная грамотность», новый смысл приобрело слово «информатика».
      Через два года в мировом парке ЭВМ будет свыше полутора миллиона компьютеров. Огромная сила! Что сулит вычислительная техника человечеству?
      Ответить на эти вопросы помогает многолетняя история работы компьютеров в науке. Ведь наука — не только колыбель ЭВМ, но и наиболее развитая область их применения. Для ученых ЭВМ стали незаменимым инструментом познания и прогноза сложнейших явлений. Возник новый научный метод — вычислительный эксперимент. Это словосочетание звучит непривычно, даже парадоксально, однако без широкого внедрения этой новой методологии научно-технический прогресс будет невозможен. Поэтому главная забота авторов — рассказ о способах применения компьютеров в научно-технических исследованиях, о становлении и успехах вычислительного эксперимента.
      «В фантастических романах главное это было радио. При нем ожидалось счастье человечества. Вот радио есть, а счастья нет», — как-то заметил советский сатирик И. Ильф. Ученые не обещают компьютерного счастья. Но они доподлинно знают, что при правильном использовании компьютеры раскрывают свою истинную ценность, становясь надежными помощниками человека.

Про урокцифры:  КАК ПОЗВОНИТЬ В СЛУЖБУ ПОДДЕРЖКИ ЯНДЕКС БИЗНЕС

     
      «Аналитическая машина» стала первой универсальной вычислительной машиной или вычислительной машиной с гибким программным управлением (компьютером). Возможность быстро и гибко менять программу вычислений без вмешательства человека — вот что отличает компьютеры от других вычислительных устройств, например табуляторов.
      В современных компьютерах программа вычислений определяется не только знаком получаемых результатов, но и множеством других условий.
      Центральная часть компьютера состоит из двух процессоров, выполняющих арифметические и логические операции, и памяти, хранящей команды программы и результаты вычислений (см. рис. на с. 12). Перед началом вычислений в память записываются программа и другие исходные данные. Первый процессор извлекает из памяти команды, второй — данные, которые обрабатывает согласно команде, полученной из первого процессора, и заносит результаты вычислений в память. Их действия похожи на работу оркестра, с той важной разницей, что заранее неизвестно, какой лист партитуры будет открыт в следующий миг. Да и содержание самой партитуры (памяти) меняется в зависимости от того, что сыграют музыканты после очередного взмаха дирижерской палочки.
      Проект Бэббиджа не был осуществлен. Предшественники ЭВМ начали создаваться лишь в довоенное время в Германии (машина К. Цузе) и в США (машины Г. Айткена и А. Атанасова). Эти устройства, наверное, не имели шансов на выживание, хотя бы из-за низкого быстродействия и крайней ненадежности. Например, одна из американских машин размером 15 м в длину и 3 м в высоту имела 46 тыс. вакуумных трубок. Каждые 6 минут какая-нибудь из трубок обязательно выходила из строя.
      Однако, создав эти машины, ученые убедились, что вычислительные автоматы с огромным числом логических элементов могут реально работать. Замечательное совпадение — в эти же годы английский математик А. Тьюринг рассмотрел некоторые гипотетические машины. Предполагалось, что эти машины (дискретные автоматы) шаг за шагом выполняют действия по определенной программе. Тьюринг теоретически доказал, что существует универсальная машина, способная реализовать действия произвольной сложности. При этом ее устройство в принципе может быть очень простым. Машина Тьюринга и компьютер — не одно и то же. Но вместе с практическими доказательствами Атанасова, Айткена и Цузе этот результат вселил уверенность в будущих конструкторов ЭВМ.
      Ученые поняли также преимущества двоичной системы счисления, которая впервые применялась Атанасовым. Благодаря ей вся информация в машине представляется мозаикой нулей и единиц. Поэтому носители информации — электронные лампы, полупроводники, ферритовые намагничивающиеся сердечники — должны находиться не более чем в двух состояниях. Цифра 0 отвечает, скажем, тому, что через лампу течет ток или намагничен сердечник, иначе получаем цифру 1. К тому же удобными становятся действия над числами, сводящиеся к запоминанию простых таблиц сложения и умножения. Потренировавшись в поразрядном сложении двоичных чисел, нетрудно установить правила: 0+0= = 0, 1 +0=0+1 = 1, 1 + 1 = 1 + . В последнем случае в данный разряд заносится нуль, а 1 переходит в старший разряд. Здесь предполагается, что из младшего разряда приходит нуль. Если же младший разряд «дарит» единицу, то возможно «столкновение» в одном разряде трех единиц и тогда 1 + 1 + 1 = = 1 + 1 + .
      Эти и другие простейшие операции в машине
      выполняют логически активные элементы, называемые вентилями. Пусть не смущает нас этот ¦сантехнический» термин. Организация компьютера действительно напоминает водопроводную сеть в том смысле, что вентили «открывают» и «закрывают» потоки информации. В отличие от кранов вентили еще и преобразуют информацию («вода» превращается в другую «жидкость»). Каждый вентиль имеет два входа. На них подается сигнал 0 или 1. На единственном выходе вырабатывается либо 0, либо 1. Особое положение занимает вентиль НЕ (логическое отрицание) с двумя выходами. Работа вентилей описывается простыми таблицами (см. рис. на с. 14) независимо от технического исполнения. Если речь идет
      0 поразрядном сложении, то вентиль ИЛИ способен лишь к действиям 0+0, 1+0, 0+1. Операция
      1 + 1 + 1 ему не под силу — нужно устройство с тремя входами. Призвав на помощь вентили И и НЕ, легко получить логическую схему одноразрядного сумматора двоичных чисел. Заметно сложнее дело обстоит с многоразрядным сумматором, не говоря уже об устройстве для умножения.
      Соединяя входы и выходы различных вентилей, из них, как из кирпичиков, получают логическую схему компьютера — огромное «здание» с изощренной архитектурой. В этом конструкторам помогает алгебра «высказываний», разработанная английским математиком Дж. Булем в начале прошлого века. В булевой алгебре рассматриваются функции от любого числа переменных, принимающие только два значения. Каждая переменная также принимает лишь два значения. Этот аппарат очень удобен как раз для компьютеров, оперирующих с россыпью нулей (истинные высказывания) и единиц (ложные высказывания).
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *