Уже с помощью ЭВМ четвертого поколения можно рассчитать прочность всех элементов лайнера за считанные часы. А как быть дальше? Ведь требования к самолетам растут – увеличиваются и расчетные трудности. Компьютеры с быстродействием даже в миллион операций в секунду уже не обеспечивают достаточно надежного и быстрого ответа при решении столь сложных математических задач. При определении прочности конструкции большого пассажирского самолета приходится составлять и рассчитывать систему уравнений, в которой как минимум миллион неизвестных! Ни одну из действующих сейчас ЭВМ не заставить решить задачу такой сложности «одним махом» – у нее и память слишком ограничена да и скорость мала. Вот и приходится делить самолет условно на части и постепенно рассчитывать его фрагменты на многих ЭВМ.
Кропотливая, не всегда эффективная работа, чреватая потерей времени и ресурсов. Согласовывать расчеты отдельных ЭВМ трудно, да и общее быстродействие многомашинных комплексов можно повышать лишь до определенного предела – на стыках потери скорости вычислений становятся слишком большими.
Нет, самое простое – это создать математическую модель всего самолета и рассчитать ее, вместо того чтобы «гонять» реальный самолет в аэродинамической трубе (и на различных стендах, где испытываются динамика и прочность будущего лайнера).
ЭВМ вместо аэродинамической трубы? Заманчиво. Но такое задание под силу лишь архибыстрым компьютерам.
Они необходимы и в задачах, где есть сверхизобилие информации. Например, в геофизике. При обработке бесчисленных данных геологической разведки – сейсмометрических, магнитометрических, электро- и гравиметрических. Без этого трудно вести поиск новых месторождений полезных ископаемых.
Быстрота нужна и при анализе телеметрической информации, полученной со спутников, в метеорологии, при составлении прогнозов погоды, при моделировании больших экологических, экономических и социальных систем, при суждении о динамике крупных водных бассейнов, к примеру, Каспийского моря: мелеет ли оно, или полнится, как изменяется уровень воды, как влияют на его водный баланс тысячи впадающих в него речушек…
Что мешает ЭВМ преодолеть световой барьер? Что не позволяет им решать задачи, требующие высокой сноровки? Ответ может показаться парадоксальным, но препятствием тут служит как раз то, что когда-то было основой прогресса вычислительной техники.
Первым, кто оценил огромное практическое значение быстродействия компьютеров, был уже упоминавшийся выше американский математик Джон фон Нейман. «Когда Джонни увидел, к чему мы пришли, – вспоминал один из создателей ЭНИАКа, – он двумя ногами прыгнул в электронные вычислительные машины».
ЭНИАК был только что создан. Один из наиболее ощутимых его недостатков заключался в способах управления ходом вычислений. К расчетам машину готовили несколько дней, а собственное решение задачи длилось всего несколько минут.
За дело взялся Нейман и быстро выправил положение. Ученый был необычайно одарен. Современники отмечали, что его знание древней истории было неправдоподобно детальным… Он был и полиглотом: прекрасно помнил и школьную латынь и греческий, бегло говорил по-немецки и по-французски, знал испанский…
В 1946 году анализ сильных и слабых сторон ЭНИАКа позволил Нейману сформулировать новые принципы организации работы электронного мозга. Они стали классикой, составили основу для разработки множества вычислительных машин.
Во-первых, было предложено перейти от десятичной к двоичной системе счета. Эта мера значительно упрощала выполнение машиной арифметических и логических операций.
Двоичную арифметику задолго до работ Неймана предложил гений Германии философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716). Он искал «алфавит» человеческого мышления, в котором все истины познания могли бы быть недвусмысленно выражены в числах. Лейбниц руководствовался философской мыслью о том, что мир базируется на противоположности, с одной стороны представляющей «ничто» – 0, а с другой – «реальность» – 1. На базе этих двух чисел и правил их сочетания философ надеялся решить все мировые проблемы и избавиться от всех противоречий с помощью здравого смысла и логики.
Второе из предложений Неймана, вернемся к ним, заключалось в рекомендации круто изменить стиль работы ЭВМ, придерживаясь «принципа хранимой программы». В соответствии с ним программы работы компьютера, как и исходные числовые данные, вводились и хранились в памяти машины.
Из памяти отдельные команды извлекались в устройство управления, где их содержание декодировалось (расшифровывалось) и использовалось для передачи чисел из памяти в арифметическое устройство, для выполнения операций над ними и отсылки результатов счета обратно в память.
