Большинство людей смотрит на ЭВМ как на чудо, но принцип ее работы прост. Сердце ЭВМ – арифметическое и логическое устройство (которое складывает, вычитает, умножает, делит и сравнивает числа с очень высокой скоростью) и блок памяти; последняя запоминает тысячи чисел и по команде выдает их.

Программирование ЭВМ

Проблемы или задачи, которые предстоит решить ЭВМ, следует разложить на ряд элементарных шагов. Преимущества ЭВМ перед человеком заключаются в ее способности работать безошибочно и с огромной скоростью: за 1 с машина выполняет сотни тысяч расчетов, храня результаты в своей памяти и выдавая их практически мгновенно. Инструкции по выполнению отдельных этапов программы заложены в памяти ЭВМ.
Чтобы запрограммировать, например, умножение чисел 683 и 67, нужно разложить число 67 на простые компоненты степеней 10: 67 = (6 х 10¹) + (7 х 10⁰). Произведение чисел 683 и 67 приобретает вид (6х10²) [(6х10¹) + (7х10⁰)] + (8х10¹) [(6х10¹) + (7х10⁰)] + (3 х 10⁰) х [(6 х 10¹) + (7 х 10⁰)]. Надо последовательно запомнить метод решения и ответы, получаемые на каждом шагу решения. Дальнейшие операции могут зависеть от результатов предыдущих расчетов, на основе которых ЭВМ принимает промежуточные и окончательные решения. Вот почему ЭВМ необходима память.

Двоичная система счисления

Повседневные расчеты выполняются в десятичной системе счисления, оперирующей цифрами 1-9 и 0. ЭВМ можно было бы спроектировать по такому же принципу, но гораздо проще спроектировать ЭВМ в двоичной системе счисления, оперирующей только двумя цифрами – 0 и 1. Для обозначения состояний включения и выключения электрического тока вполне достаточно этих двух цифр: для «вкл.» -1, для «выкл.» – 0. Так как двоичная система счисления использует лишь две цифры, двоичное число содержит значительно больше порядков, чем его десятичный эквивалент. Для человека расчеты в двоичной системе чрезвычайно громоздки, но ЭВМ «записывает» числа и производит вычисления так быстро, что их длина не играет роли.
Двоичная система счисления позволяет значительно упростить блок памяти. В большинстве ЭВМ он состоит из ферритовых сердечников. Каждый из них представляет собой тонкое кольцо из ферромагнитного материала диаметром около 1 мм. При прохождении электрического тока по проводнику, пронизывающему сердечник, кольцо намагничивается. Полярность намагниченного сердечника зависит от направления тока: одно направление выбирается для обозначения «0», другое – для «1». Блок памяти ЭВМ состоит из тысяч сердечников; каждый сердечник или любая их группа снабжены индивидуальным адресом, числа хранятся в памяти в виде набора отдельных цифр и извлекаются по мере надобности.
Блоки памяти на ферритовых сердечниках действуют очень быстро и надежно. Но память на полупроводниковых элементах действует еще быстрее. Собственная память ЭВМ часто дополняется магнитными лентами и магнитными дисками. Они хранят практически неограниченный объем информации.

Центральный процессор

В единицу времени ЭВМ в состоянии «прочитать» не более одной цифры. В основе ее действия лежат «электронные часы», производящие до 1 млн. имп/с. Чтобы показать компоненты двоичного числа эти импульсы пропускаются, если компонент двоичного числа – ноль, я «срезаются», если компонент – единица. Двоичное число 100110 (38 в десятичной системе счисления) читается как последовательность «нет импульса, импульс, импульс, нет импульса, нет импульса, импульс». Любое число в электронных схемах ЭВМ будет представлено серией сигналов. Каждая серия должна состоять из одного и того же числа сигналов. Если полная серия состоит из 16 сигналов, то двоичное число, представленное шестью порядками, следует дополнить слева 10 нулями. После преобразования числа в серию импульсов оно запоминается и хранится в памяти, пока не будет преобразовано следующее число (или последовательность чисел), которое, как и первое, хранится в ячейках памяти.
Как только эти числа вводятся в ЭВМ (под управлением программы), начинается манипулирование ими в соответствии с программой, уже хранящейся в памяти.
Для сложения двух чисел, хранящихся в памяти, некоторый сигнал, закодированный в программе (предварительно записанной в другом блоке памяти), переключает схемы ЭВМ так, что эти числа, импульс за импульсом, одновременно передаются на вход сумматора. Последний объединяет обе серии импульсов и вырабатывает на выходе искомую сумму.
Несмотря на большую гибкость в работе и широкую область применения, эффективность любой ЭВМ зависит от способности программиста свести решение задачи к элементарным операциям.