Появление электронных цифровых машин, способных решать не только любые математические задачи, но и большое число логических задач, ещё более повысило роль вычислительных устройств. В середине XX века необходимость внедрения автоматических и вычислительных устройств раньше ощущалось довольно остро, так как в данном случае речь шла не только о повышении производительности труда или автоматизации трудоёмких процессов, а о принципиальной возможности выполнения поставленных задач. Тогда, при разработке новых машин, устройств, установок примерно 50% общего объёма работ падало на разработку автоматических и вычислительных устройств.
Электрические вычислительные устройства делят на 2 основные группы: аналоговые (непрерывного действия) и цифровые (дискретного действия). В аналоговых вычислительных устройствах конкретные физические величины, поступающие на вход датчиков-преобразователей, заменяются непрерывными значениями других физических величин, более пригодных для производства математических операций. В электрических вычислительных устройствах в качестве в качестве аналоговых величин используются: напряжение, ток, сопротивление, индуктивность и т.д. В аналоговом вычислительном устройстве осуществляются зависимости, аналогичные зависимостям между входными переменными в подлежащей решению математической задаче.
В цифровых вычислительных устройствах исходные и промежуточные величины изображаются в виде дискретных цифровых значений, реализуемых в электронных цифровых машинах в виде импульсного кода. Для каждой комбинации дискретных значений исходных данных решается требуемая математическая задача, причём она расчленяется на отдельные, выполняемые последовательно арифметические или логические операции. В силу этих особенностей цифровых машин их часто называют машинами дискретного действия. Работы отечественных учёных и инженеров оказали огромное влияние на развитие теории и средств автоматики и вычислительной техники.
Первый в мире автоматический регулятор был разработан и построен выдающимся русским изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым в 1765 г. Назначением этого регулятора было поддержание заданного уровня воды в котле паровой машины Ползунова. Принцип действия этого регулятора лежит в основе всех современных автоматических регуляторов. Павел Львович Шиллинг в 1830 г. использовал в изобретённом им электрическом телеграфе электрическое реле, которое и в настоящее время является одним из основных элементов автоматических устройств. Большое значение в создании автоматических регуляторов имели работы следующих русских учёных и изобретателей: Б.С. Якоби и Э.Х. Ленц – автоматический регулятор напряжения (1841 г.); А.И. Шпаковский - регулятор подачи топлива в топку парового котла (1866 г.) и регулятор для электродуговых ламп и др.
Особенно большой интерес представляют работы русского учёного, военного специалиста К.И. Константинова, который построил ряд автоматических устройств, в том числе: электрическую систему для автоматического определения скорости полёта пушечного ядра (1844 г.), электромеханический переключатель электрических цепей (1845 г.), электромагнитный регулятор скорости вращения (1853 г.), систему для дистанционного управления стрельбой из орудий (1856 г.).
Во второй половине XIX в. появились первые крупные работы по теории автоматического регулирования, в частности труд академика П.Л. Чебышёва «О центробежном уравнителе». Выдающийся русский математик П.Л. Чебышёв был создателем теории наилучшего приближения функций с помощью многочленов, которая и сегодня является теоретической базой синтеза как механических, так и электрических устройств, позволяющих получить приближённое значение требуемой функциональной зависимости. Наряду с крупнейшими теоретическими работами П.Л. Чебышёв создал и ряд математических машин. В 1878 г. он построил машину для выполнения сложения и вычитания, а позднее усовершенствовал её так, что она могла выполнять и умножение и деление. Принципы, заложенные в вычислительной машине П.Л. Чебышёва, использовались во многих машинах. Также отметим изобретённое в 1874 г. нашим соотечественником инженером В.Т. Однером «колесом Однера», имеющее переменное число зубцов и являющееся основой большинства арифмометров и счётных машин XX в.
Продолжателем работ П.Л. Чебышёва в области теории автоматического регулирования был И.А. Вышнеградский, которого по праву можно считать основоположником современной теории автоматического регулирования. Опубликованная им в 1876 г. работа «Об общей теории регуляторов» заложила теоретическую основу для создания автоматических регуляторов. В последующих работах И.И. Вышнеградского теория автоматического регулирования получила дальнейшее развитие.
В конце XIX в. появились новые конструкции автоматических и вычислительных устройств. Так, например, талантливый русский изобретатель А.П. Давыдов разработал в 1877 г. проект первой следящей системы, а в 1881 г. он закончил макет этой системы, являвшейся составным элементом централизованного управления орудиями морского корабля. Это устройство обеспечивало высокую точность стрельбы и учитывало влияние качки корабля и изменения его скорости и курса на прицеливание. Разработанное А.П. Давыдовым устройство было внедрено в русском флоте и явилось первым случаем широкого применения электроавтоматики в военном деле.
Новые принципиальные возможности в области автоматики и вычислительной техники появились в связи с открытием в 1887 г. внешнего фотоэлектрического эффекта А.Г. Столетовым и исследованием вентильного фотоэффекта В.А. Ульяниным (1888 г.)
Открытие в 1895 г. радио великим русским учёным А.С. Поповым создало новую отрасль науки и техники, которая оказала решающее влияние на развитие автоматических и вычислительных устройств.
Продолжателями работ И.А. Вышнеградского в области теории автоматического регулирования были Н.Е. Жуковский, опубликовавший в 1909 г. работу «Теория регулирования хода машин», и А.М. Ляпунов, опубликовавший в 1892 г. докторскую диссертацию «Общая задача об устойчивости движения».
В области вычислительной техники следует отметить работы академика А.Н. Крылова, который в 1904 г. разработал теорию математических машин для решения обыкновенных дифференциальных уравнений, а в 1911 г. построил дифференциальный анализатор. Теоретические работы А.Н. Крылова используются при построении электронных дифференциальных анализаторов XX в. В 1907 г. русский учёный Б.Л. Розинг впервые использовал электронно-лучевую трубку с магнитным отклонением электронного луча, являющуюся основой радиотехнических измерительных приборов, индикаторных устройств радиолокационных станций и некоторых видов запоминающих устройств электронных вычислительных машин.
Из первых работ послереволюционного периода следует отметить разработку чл.-корр. АН СССР М.А. Бонч-Бруевичем в 1918 г. электронной триггерной схемы, которая широко используется в электронных цифровых вычислительных машинах.
После начала индустриализации в СССР (1928 г.), было уделено особое внимание развитию автоматики и вычислительной техники. Были созданы новые и расширены старые научно-исследовательские и опытно-конструкторские организации. Строятся новые предприятия для выпуска автоматической и вычислительной аппаратуры. Среди большого числа работ советских учёных следует отметить труды проф. С.А. Гершгорина (1922 г.), которым разработана общая теория синтеза механизмов для создания алгебраических функций комплексного переменного и доказана возможность моделирования с помощью электрических сеток дифференциальных уравнений в частных производных. Используя принципы, предложенные С.А. Гершгориным, Л.И. Гутенмахер, Н.В. Корольков, Б.А. Волынский и В.П. Лебедев разработали первые элеткроинтеграторы.
В области теории автоматического регулирования большое значение имеют работы акад. И.Н. Вознесенского, которым в 1934 г. был предложен принцип автономного регулирования, и акад. В.С. Кулебакина по теории вибрационного регулятора (1932 г.). Принципиальное значение имеют работы А.В. Михайлова (1938 г.), который применив частотные методы для исследования устойчивости систем автоматического регулирования, открыл новые пути развития этой области науки. Над дальнейшим развитием теории автоматического регулирования успешно работали акад. А.А. Андронов, Н.М. Крылов, Н.Н. Боголюбов, проф. В.В. Солодовников, Я.З. Цыпкин, А.А. Фельдбаум, и другие советские учёные. В области элементов автоматики и следящих систем большие работы были проведены В.И. Коваленковым, В.К. Аркадьевым, М.П. Костенко, В.А. Трапезниковым, А.Г. Иосифьяном, Б.С. Сотсковым и др.
Внедрение средств автоматики в промышленность получило особенно широкий размах после окончания Великой Отечественной войны. Были созданы автоматические заводы и станочные линии, почти полностью было автоматизировано управление гидроэлектростанциями, автоматические устройства стали неотъемлемой принадлежностью самолётов и их оборудования, в частности радиоустановок.
В области вычислительной техники в 1938 г. под руководством И.С. Брука был разработан и построен механический дифференциальный анализатор. Советские учёные и инженеры разработали специализированные вычислительные устройства для артиллерии, авиации и морского флота, что имело большое значение для борьбы нашего народа в Великой Отечественной войне. В послевоенные годы успешно развивались работы в области электронных аналоговых и цифровых вычислительных машин. Под руководством В.А. Трапезникова и В.Б. Ушакова, при участии А.А. Фельдбаума, Г.М. Петрова, Л.Н. Финцнера, Б.Я. Когана и др. были разработаны разнообразные электронные моделирующие установки. В 1952 г. под руководством акад. С.А. Лебедева была построена первая отечественная большая универсальная электронная цифровая машина (БЭСМ), которая в то время была наиболее быстродействующей машиной в Европе. В последующие годы было выпущено несколько экземпляров электронной цифровой вычислительной машины «Стрела», разработанной под руководством Ю.Я. Базилевского. Были созданы электронные цифровые машины М-2 и М-3 (руководитель – И.С. Брук) и «Урал» (руководитель – Б.И. Рамеев). Большие теоретические работы по применению вычислительных машин для решения математических задач выполнены Л.А. Люстерником, А.А. Ляпуновым, М.Р. Шура-Бура, Л.В. Канторовичем, К.А. Семендяевым и др.
Нельзя не отметить настоящий триумф советской науки и техники, когда был запущен первый искусственный спутник земли. В решении этой грандиозной задачи большую роль сыграли работы советских учёных и инженеров по автоматике и вычислительной технике.
18.10.2014
© greenmile
По материалам:
Сифоров В.И. Радиоприёмные устройства. 5-е изд., переработанное. – М: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1954. – 804 с.
В начало
