ГІБРИДНА ВИЧИСЛЮВАЛЬНА МАШИНА
Перші спроби поєднувати властивості АВМ і ЦВМ були викликані надзвичайною складністю проблем, що виникли під час моделювання в реальному масштабі часу таких завдань, як політ космічних апаратів та управління виробничими процесами. Можливості чисто аналогових і цифрових машин для вирішення таких завдань виявилися недостатніми. Це призвело до їхнього об'єднання в один обчислень. комплекс за допомогою аналого-цифрового перетворювача та цифро-аналогового перетворювача інформації. ЦВМ у таких комплексах виробляє ту частину обчислень, виконання яких з її допомогою найдоцільніше: точне перетворення координат, обчислення параметрів траєкторії, моделювання цифрової апаратури керування. АВМ ж використовується для моделювання динаміки об'єкта та керуючих впливів, де потрібна велика швидкодія та де допустима менша точність. Питання оптимне. розподілу обчисл. робіт між аналоговою та цифровою частинами Г. в. м. є надзвичайно важливим, так як у разі неправильного його вирішення у великій гібридній моделі виявляються і негативні властивості обчислювальної техніки. машин обох типів. Помилки і труднощі, пов'язані з набором завдання, доповнюють ускладнення, пов'язані з кінцівкою темпу вибірки в пристрої аналого-цифрового перетворення, або із запізненням, що визначається часом виконання обчислень в ЦВМ. Тому основними серед Р. в. м. є машини, спроектовані у вигляді єдиної гібридної системи. У таких системах, що містять досить потужні аналогові та цифрові частини, доцільно, щоб загальна програма спільної роботи аналогової та цифрової частини передбачала осн. витрати часу на перевірку та підготовку їх до роботи окремо один від одного. Крім того, необхідно, щоб у цих системах була передбачена можливість незалежноговикористання аналогової та цифрової частин. Так, при підготовці аналогової частини системи цифрова частина цієї системи повинна бути зайнята вирішенням інших завдань до того моменту, коли буде потрібно її участь у вирішенні спільної задачі. Для ефективного використання таких машин потрібна висока кваліфікація обслуговуючого персоналу та добре розроблена система матем. забезпечення. Під час вирішення завдань оптимізації, статистичної обробки та інших. необхідні відпрацьовані стандартні програми управління комплексом.
Досвід, накопичений у галузі гібридного аналого-цифрового моделювання, дозволив визначити шлях створення іншого типу Р. в. м. Для завдань, при вирішенні яких можна обмежитися помірною точністю обчислень, використання аналогових підпрограм у складі програми, що виконується цифровим автоматом, призводить до значної економії машинного часу та зниження вимог до обсягу оперативної пам'яті. До такого ж результату призводить і заміна в деяких спеціалізованих ЦВМ повільно виконуваної суто цифрової програми множення зверненням до гібридного цифро-аналого-цифрового пристрою, що реалізує операцію множення. Більш істотну економію часу дає застосування аналогових арифметичних блоків, керованих цифровим способом, у яких виконуються аналогові операції множення та додавання. Аналогове устр-во, оформлене як підпрограми, яке чи обчислює значення ф-ций чи вирішує алгебр, чи дифф. ур-ня, дозволяє відмовитися від використання багатьох команд та від наявності додаткового цифрового
запам'ятовуючого пристрою з малим циклом обігу.
Дуже ефективним є застосування аналогових підпрограм при ітеративному вирішенні ур-ній у приватних похідних. Схема можливої гібридної системи на вирішення двовимірних ур-ний у приватнихпохідних з нелінійним членом наведено на рис. 1, де ПФП - функціональний перетворювач, що перемикається, АЦП і ЦАП - аналого-цифровий і цифро-аналоговий перетворювачі. У схемі як аналогова частина взята резисторна сітка Гершгоріна, що є моделлю ур-ний Лапласа і Пуассона.
1. Схема гібридної системи для вирішення двовимірних рівнянь у приватних похідних із нелінійним членом.
2. Схема гібридної обчислювальної машини на вирішення звичайних диференціальних рівнянь.
3. Схема оборотного точкового інтегратора першого порядку.
4. Схема класифікації гібридних обчислювальних машин.
Введення струмів у вузли сітки повністю автоматизовано шляхом приєднання її через запам'ятовуючі джерела до цифрового керуючого автомата (ЦА).
Дуже перспективна побудова Р. в. м. на вирішення звичайних дифф. ур-ний із крайовими умовами за схемою, наведеної на рис. 2. Використання у ній аналогової частини, побудованої з урахуванням оборотних точкових інтеграторів, дозволяє реалізувати крайові умови у самих інтеграторах. Точковим інтегратором порядку одновимірної ф-ції на відрізку модель ур-ня, в якому задається, одержувана ф-ція, h - крок дискретизації. Однією з можливих схем оборотного точкового інтегратора першого порядку зображено на рис. 3. Оборотним він є тому, що всі його полюси є рівноправними в тому сенсі, що на кожному з них величини у вигляді напруги можна і ставити і отримувати. У Р. в. м., зображеної на рис. 2, всі нелінійні залежності реалізуються в керуючому ЦА. Точкові інтегратори (ТІ) грають у ній роль дискретного квазіаналогу системи ур-ній на заданому відрізку. Крайові умови вводяться у схеми інтеграторів безпосередньо. Роль ЦА зводиться до освіти за допомогоюкодів Q необхідної схеми з інтеграторів та до врівноваження обчисл. системи так, щоб точкове зображення вектора відповідало розв'язуваній системі дифф. ур-ний (див. врівноваження методи).
Класифікація Р. в. м може бути проведена за схемою, наведеною на рис. 4. Існує кілька осн. типів таких машин. Аналогові машини з цифровим керуванням та цифровою логікою здатні відтворювати набагато складніші моделі в порівнянні зі стандартними АВМ, зберігаючи їх позитивні якості, зокрема можливість для дослідника активно втручатися в процес пошуку рішення. На цих машинах можуть автоматично виконуватись послідовні рішення, а результати, отримані в попередніх рішеннях, можуть запам'ятовуватися та використовуватися при виконанні наступних рішень. Це дає можливість реалізувати ітеративний процес рішення, що сходить до шуканого результату, ітеративний процес оптимізації параметрів і т. п. Перший вдалий приклад цього типу гібридизації є системою «HYDAC» фірми Electronic Associates (США). в. м. «Аркус» та «Екстрема».
Існують АВМ з ЦВМ як периферійне обладнання. У таких системах невелика цифрова машина використовується разом з великою аналоговою системою
рішення спец. задач, вирішити які було б важко чи зовсім неможливо за допомогою суто аналогової апаратури.
Найбільш потужними з існуючих гібридних обчислювальних систем є збалансовані цифро-аналогові комплекси, що включають універсальні цифрові і універсальні аналогові обчислювальні машини. Обидва осн. компонента таких гібридних систем можна використовувати окремо для вирішення широкого класу важливих завдань. Але при об'єднанні їх виникає ще потужніша обчислення.система.
Цифровий обчислювальної машиною, яка використовує аналогові підпрограми, є, напр., система «UCLA DSDT» (США) для рішень ур-ний у приватних похідних, у якій аналогова апаратура використовується лише звернення матриць, необхідного програмою ЦВМ.
У цифрових обчислювальних машин з аналоговими арифметичними пристроями швидкість обчислень більша, ніж у цифрової машини за рахунок паралельного виконання деяких операцій за допомогою аналогової апаратури. Прикладом таких машин може бути система, розроблена в 1962 в Массачусетському технологічному інституті (США).
До цифрових обчислювальних машин з програмуванням аналогового типу відносяться цифрові диференціальні аналізатори, які за методом підготовки та вирішення завдань можна віднести до АВМ, а за формою подання інформації та за тими. виконання – до цифрових електронних машин (див. Цифрова інтегруюча машина).