Миллиарды операций в секунду

Перед наукой и техникой десятилетиями стояли нерешенные проблемы. Человеческий гений мог их поставить, однако решить был не в силах: уж очень ограничены возможности человека в расчетах — медленно, очень медленно считает он. И вот человеческий разум создал себе сторукого и стоголового помощника — ЭВМ.

Прогресс вычислительной техники проходил по двум направлениям — совершенствование вычислительных машин дискретного действия, которые обрабатывали информацию, представленную в виде числовых кодов, — цифровые вычислительные машины (ЦВМ), и машин непрерывного действия, которые оперировали информацией, представленной в виде непрерывных аналогов (электрических напряжений, потоков жидкостей и т. п.) исследуемых величин, — аналоговые вычислительные машины (АВМ). Каждый из этих двух типов различных по принципу действия машин имеет свои плюсы и минусы.

Цифровые вычислительные машины — это высокая точность вычислений, полная автоматизация ввода-вывода данных, хорошее «запоминание», легкое выполнение логических операций. Однако машина выполняет программу последовательно, пункт за пунктом. Отсюда ограниченность быстроты действия машины и необходимость усилий квалифицированных специалистов, чтобы сформулировать задачу в виде, «понятном» машине. Это математическое обеспечение составляет до 40 и более процентов стоимости самой машины.

В аналоговых вычислительных машинах все блоки и устройства работают одновременно, параллельно. И это наделяет их огромным быстродействием. Здесь не требуется составления алгоритма, разложения задачи на ряд «элементарных» актов — программирования задачи, введения ее в память машины. Задача прямо набирается на машине, непосредственно вводится в нее, и через доли секунды «выдается» результат. Главный же минус АВМ — низкая точность вычислений, ограниченная способность запоминать информацию, сравнительно невысокая степень автоматизации ввода данных в машину.

Ученые и конструкторы пытаются объединить достоинства обоих типов машин. Так были созданы гибридные вычислительные машины (ГМВ), состоящие из двух частей — цифровой и аналоговой. Введенная в такую машину задача «расщепляется». Аналоговая часть машины решает ту часть задачи, где необходимо высокое быстродействие, например интегрирует системы дифференциальные уравнений; цифровая же часть оперирует с той частью задачи, где требуется высокая точность вычислений, «запоминание» данных.

Повысить быстродействие ГВМ можно, увеличивая быстродействие каждой из ее составных частей — цифровой и аналоговой.

Сектором теоретической электротехники и электронного моделирования Института электродинамики АН УССР, которым руководит академик АН УССР Г. Пухов, разработаны принципы построения вычислительных устройств, обрабатывающих информацию, представленную в цифровом виде, аналоговым способом, а также создана система элементов для построения нового типа машин — разрядных неалгоритмических вычислительных машин.

Универсальная система цифровых неалгоритмических решающих блоков может быть построена как на базе цифровых, так и аналоговых элементов. Если построенные таким образом блоки соединить между собой в соответствии с решаемой задачей, то полученная машина будет своеобразной электронной моделью объекта или решаемой задачи. Это определит ее высокое быстродействие. Программа для такой машины будет содержать лишь сведения о типе решающих блоков и о способах связи (коммуникации) между ними. Подготовка и решение задач на таких «неалгоритмических» вычислительных устройствах внешне будут мало отличаться от этих операций на «классических» АВМ, однако точность будет определяться длиной разрядной сетки машины.

Построенные на этих новых принципах и элементной базе и не противореча существующему направлению в вычислительной технике, они решают основные ее проблемы — быстроту действия и точность вычислений.

Сейчас существуют гигантские вычислительные системы, например американская «Соломон», супер-ЦВМ «Иллиак-4», способные выполнить 200 миллионов операций в секунду. Огромное быстродействие! Однако достигается оно благодаря одновременной работе 1024 процессоров, то есть, по сути, 1024 параллельно работающих машин. Если построить такую же многопроцессорную неалгоритмическую машину на принципах и элементах, созданных украинскими учеными, то она сможет выполнять 10—20 и больше миллиардов эквивалентных операций в секунду в пересчете на однопроцессорную вычислительную машину.

Большое быстродействие машин... О нем мечтают физики и математики, биологи и медики, энергетики и кибернетики. Особенно необходимо оно там, где машины должны управлять быстропротекающими процессами в так называемом реальном масштабе времени, то есть когда расчет надо произвести за время протекания процесса. Например, процесс ядерного синтеза протекает в тысячные доли секунды, и, чтобы сделать синтез управляемым, за это время машина должна решить сложную систему математических уравнений и выработать оптимальные воздействия. Такая же быстрота нужна при управлении полетом космической ракеты. Огромный объем информации должна переработать за несколько секунд электронная машина, чтобы вывести ракету на расчетную орбиту.

Разрядные неалгоритмические машины помогут решить много проблем, стоящих перед наукой и техникой. Идея неалгоритмических машин не покинула еще стен лаборатории Института электродинамики АН УССР. Она получила здесь теоретическое обоснование, и сейчас идет процесс ее обработки и доводки.