История развития аналоговых вычислительных машин в России.

Работа на ЭВМ состоит из трех взаимообусловленных частей: технических (hardware), программных (software) и алгоритмических средств

Задолго до появления ЭВМ были уже разработаны алгоритмы для численного решения многих задач. При наличии алгоритма составление для него программы это, как правило, вопрос времени, а разработка самого алгоритма — более трудный и творческий процесс

Особенно нуждались в точных расчетах в XVIII в. так называемые корабельные науки, требующие расчета устойчивости и усилий, возникающих в конструкции корабля при качке, определения «ходкости» и устойчивости корабля под парусами, расчета нагрузок на конструкции корабля от отдачи орудий и т.д

Началось создание механических машин для выполнения арифметических операций, так называемых арифмометров

Линия арифмометров перешла затем в линию клавишных вычислительных машин. С заменой механических счетных устройств электронными она перешла в линию электронных калькуляторов, которая в наше время для старших моделей слилась с линией персональных ЭВМ

Вначале XX в. (в 1906 г.), выдающийся русский математик, механик и инженер-кораблестроитель академик А. Н. Крылов, отмечал, что не уделяется внимания получению решения с точностью, необходимой для практических целей

Им был составлен курс о приближенных вычислениях, приемах и способах: вычисление корней численных уравнений, и определенных интегралов, пользование тригонометрическими рядами и приближенное решение дифференциальных уравнений

Тот факт, что различные физические явления описываются одинаковыми математическими уравнениями, отмечался многими учеными, но А. Н. Крылов сформулировал это явление достаточно точно, но не дал заключения о возможности создания на его основе вычислительной машины. Такой вывод сделал другой русский академик Н. Н. Павловский в 1918 г

Для приближенного решения уравнения Лапласа, которым описываются фильтрация подземных вод, стационарный поток тепла в нагреваемой металлической пластинке и т. д., можно создать электрическую модель с электролитической ванной. И если область решения и граничные условия будут такими же, как для плоской задачи фильтрации воды под плотиной, то можно установить соответствие переменных величин в гидравлической задаче их аналогам в электрической и получить решение, измеряя электрическую величину (напряжение), которая является аналогом давления воды в гидравлической задаче.

Павловский назвал этот метод аналогового моделирования ЭГДА (электро-гидродинамический аналог)

За вычислительными системами, использующими этот метод, закрепилось наименование аналоговых (АВМ), в отличие от цифровых (ЦВМ)

Приборы ЭГДА получили широкое применение как у нас в стране, так и за рубежом при расчете гидросооружений, решении задач фильтрации нефти, в гидродинамике

В развитии метода ЭГДА большую роль сыграла работа математика С. А. Гершгорина, который предложил заменить электролитический (токопроводящий) слой раствора в ванне сеткой из сопротивлений

Это было аналоговой моделью замены дифференциального уравнения Лапласа конечноразностной схемой. Точность такой модели теперь зависела и от шага сетки. Точность можно было увеличить, сгущая сетку в местах больших градиентов искомой функции (вводя как бы «электрическую лупу»)

Делая сопротивление сетки переменным, можно было решать более сложное уравнение с переменными коэффициентами, а подключая к узлам сетки емкости (конденсаторы), — моделировать уравнение Фурье (теплопроводности), т. е. уравнение параболического типа

Дальнейшее развитие электроинтеграторов сеточного типа осуществлялось коллективом под руководством проф., д.т.н. Л. И. Гутенмахера. В серии были выпущены электроинтеграторы ЭИ-12 для решения уравнений эллиптического типа с переменными коэффициентами и ЭИ-22 с конденсаторами в узлах сетки для решения параболических задач

В конце 40-х — начале 50-х годов создаются электроинтеграторы на активных четырехполюсниках для моделирования обыкновенных линейных и нелинейных уравнений

Таким образом, в период с 20-х до 50-х годов советская научная школа вышла на передовые позиции в решении задач методом моделирования, заложив принципиальные основы кибернетики

В 1948 г. в СССР были созданы первые электронные аналоговые вычислительные машины (АВМ), построенные на операционных усилителях постоянного тока. Именно операционные усилители позволили осуществить точное моделирование математических операторов (в том числе главного — интегрирование переменных) при решении систем дифференциальных уравнений

Благодаря этому АВМ обеспечили решение важнейших задач в целом ряде направлений науки и техники (авиации, ракетостроении, космических исследованиях, оборонной промышленности и др.). В этот период ЦВМ еще не имели необходимого быстродействия для решения подобных задач

Первые АВМ на электронных лампах были созданы объединенными усилиями двух коллективов: НИИ-855 и ИАТ АН СССР. В дальнейшем этим занимались в СКБ-245, НИИСчетмаше, ИПУ АН СССР, КБ-1

Серийный выпуск АВМ был организован на Московском, Пензенском и Кишиневском заводах счетно-аналитических машин. За первые 20 лет было изготовлено более 100 тыс. АВМ различной мощности

На первом этапе (50-е годы) АВМ использовались в основном в виде самостоятельных средств математического моделирования динамических объектов в реальном времени. Часто они входили в состав тренажеров (авиационных, космических, атомных установок, транспортных средств и т. п.). Со временем (60-70-е годы) в связи с прогрессом в области цифровой электроники АВМ все чаще стали подключаться к ЦВМ для совместной обработки информации

Появился новый вид вычислительной техники — аналого-цифровые вычислительные комплексы (АЦВК). Функции АВМ и ЦВМ в этом случае существенно различались