Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ГИ)"

Гибридная вычислительная система

Гибри'дная вычисли'тельная систе'ма, аналого-цифровая вычислительная машина, комбинированная вычислительная машина, комбинированный комплекс из нескольких электронных вычислительных машин, использующих различное представление величин (аналоговое и цифровое) и объединённых единой системой управления. В состав Г. в. с., кроме аналоговых и цифровых машин (АВМ и ЦВМ) и системы управления, обычно входят преобразователи представления величин, устройства внутрисистемной связи и периферийное оборудование (см. структурную схему на рис.). Г. в. с. – комплекс ЭВМ, в этом её главное отличие от гибридной вычислительной машины, названной так потому, что она строится на гибридных решающих элементах, либо с использованием аналоговых и цифровых элементов.

  В литературе часто к Г. в. с. относят АВМ с параллельной логикой, АВМ с цифровым программным управлением и АВМ с многократным использованием решающих элементов, снабженные запоминающим устройством. Такого рода вычислительные машины, хотя и содержат элементы, используемые в ЦВМ, но по-прежнему сохраняют аналоговый способ представления величин и все специфические особенности и свойства АВМ. Появление Г. в. с. обусловлено тем, что для решения многих новых задач, связанных с управлением движущимися объектами, оптимизацией и моделированием систем управления, созданием комплексных тренажеров и др., возможности отдельно взятых АВМ и ЦВМ оказываются уже недостаточными.

  Расчленение вычислительного процесса в ходе решения задачи на отдельные операции, выполняемые АВМ и ЦВМ в комплексе, уменьшает объём вычислительных операций, возлагаемых на ЦВМ, что при прочих равных условиях существенно повышает общее быстродействие Г. в. с.

  Различают аналого-ориентированные, цифро-ориентированные и сбалансированные Г. в. с. В системах первого типа ЦВМ используется как дополнительное внешнее устройство к АВМ, предназначенное для образования сложных нелинейных зависимостей, запоминания полученных результатов и для осуществления программного управления АВМ. В системах второго типа АВМ используется как дополнительное внешнее устройство ЦВМ, предназначенное для моделирования элементов реальной аппаратуры, многократного выполнения небольших подпрограмм.

  Создание эффективных гибридных комплексов требует в первую очередь уточнения основных областей их применения и детального анализа типичных задач из этих областей. В результате этого устанавливают рациональную структуру гибридного комплекса и формируют требования к его отдельным частям.

  Задачи, которые эффективно решаются на Г. в. с., можно разбить на следующие основные группы: моделирование в реальном масштабе времени автоматических систем управления, содержащих как аналоговые, так и цифровые устройства; воспроизведение в реальном масштабе времени процессов, содержащих высокочастотные составляющие и переменные, изменяющиеся в широком диапазоне; статистическое моделирование; моделирование биологических систем; решение уравнений в частных производных; оптимизация систем управления.

  Примером задачи первой группы может служить моделирование системы управления прокатного стана. Динамика процессов в нём воспроизводится на аналоговой машине, а специализированная управляющая станом машина моделируется на универсальной ЦВМ среднего класса. Вследствие кратковременности переходных процессов в приводах прокатных станов, полное моделирование таких процессов в реальном масштабе времени потребовало бы применения сверхбыстродействующих ЦВМ. Аналогичные задачи часто встречаются в системах управления военными объектами.

  Типичными для второй группы являются задачи управления движущимися объектами, в т. ч. и задачи самонаведения, а также задачи, возникающие при создании вычислительной части комплексных тренажеров. Для задач самонаведения характерно формирование траектории движения в процессе самого движения. Большая скорость изменения некоторых параметров при приближении объекта к цели требует высокого быстродействия управляющей системы, превышающего возможности современных ЦВМ, а большой динамический диапазон – высокой точности, трудно достижимой на АВМ. При решении этой задачи на Г. в. с. целесообразно возложить воспроизводство уравнений движения вокруг центра тяжести на аналоговую часть, а движение центра тяжести и кинематические соотношения – на цифровую часть вычислительной системы.

  К третьей группе относятся задачи, решение которых получается в результате обработки многих реализаций случайного процесса, например решение многомерных уравнений в частных производных методом Монте-Карло, решение задач стохастичемкого программирования, нахождение экстремума функций многих переменных. Многократная реализация случайного процесса возлагается на быстродействующую АВМ, работающую в режиме многократного повторения решения, а обработка результатов, воспроизводство функций на границах области, вычисление функционалов – на ЦВМ. Кроме того, ЦВМ определяет момент окончания счёта. Применение Г. в. с. сокращает время решения задач этого вида на несколько порядков по сравнению с применением только цифровой машины.

  Аналогичный эффект достигается при использовании Г. в. с. для моделирования процессов распространения возбуждения в биологических системах. Специфика этого процесса заключается в том, что даже в простейших случаях требуется воспроизводить сложную нелинейную систему уравнений в частных производных.

  Поиск решения задачи оптимального управления для объектов выше третьего порядка обычно связан с большими, часто непреодолимыми, трудностями. Ещё больше они возрастают, если необходимо отыскать оптимальное управление в процессе работы системы. Г. в. с. в значительной степени помогают устранить эти трудности и использовать такие сложные в вычислительном отношении методы, как принцип максимума Понтрягина.

  Применение Г. в. с. эффективно также при решении нелинейных уравнений в частных производных. При этом могут решаться как задачи анализа, так и задачи идентификации и оптимизации объектов. Примером задачи оптимизации может служить подбор нелинейности теплопроводного материала для заданного распределения температур; определение геометрии летательных аппаратов для получения требуемых аэродинамических характеристик; распределение толщины испаряющегося слоя, предохраняющего космические корабли от перегрева при входе в плотные слои атмосферы; разработка оптимальной системы подогрева летательных аппаратов с целью предохранения их от обледенения при минимальной затрате энергии на подогрев; расчёт сети ирригационных каналов и установление оптимальных расходов в них и т.п. При решении этих задач ЦВМ соединяется с сеточной моделью, многократно используемой в процессе решения.

  Развитие Г. в. с. возможно в двух направлениях: построение специализированных Г. в. с., рассчитанных на решение только одного класса задач, и построение универсальных Г. в. с., позволяющих решать сравнительно широкий класс задач. Структура такого универсального гибридного комплекса (рис.) состоит из АВМ однократного действия, АВМ с повторением решения, сеточной модели, устройств связи между машинами, специального оборудования для решения задач статистического моделирования и периферийного оборудования. Помимо стандартного математического обеспечения ЭВМ, входящих в комплекс, в Г. в. с. требуются специальные программы, обслуживающие систему связи машин и автоматизирующие процесс подготовки и постановки задач на АВМ, а также единый язык программированиядля комплекса в целом.

  Наряду с новыми вычислительными возможностями в Г. в. с. возникают специфические особенности, в частности появляются погрешности, которые в отдельно работающих ЭВМ отсутствуют. Первичными источниками погрешностей являются временная задержка аналого-цифрового преобразователя, ЦВМ и цифро-аналогового преобразователя; ошибка округления в аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразователях; ошибка от неодновременной выборки аналоговых сигналов на аналого-цифровой преобразователь и неодновременной выдачи цифровых сигналов на цифро-аналоговый преобразователь; ошибки, связанные с дискретным характером выдачи результатов с выхода ЦВМ. При автономной работе ЦВМ с преобразователями временная задержка, например, не вызывает погрешности, а в Г. в. с. она не только может вызвать существенные погрешности, но и нарушить работоспособность всей системы.

  Анализ погрешностей Г. в. с. имеет значение как для оценки погрешности работы комплекса при решении определённого класса задач, так и для разработки методов повышения точности и эффективности системы. Первичные погрешности автономно работающих АВМ и ЦВМ, входящих в Г. в. с., достаточно хорошо изучены, но оценка погрешности при решении с помощью гибридного комплекса нелинейных задач представляет ещё неразрешенную проблему.

  Лит.: Исследование кибернетических проблем вычислительно-управляющего комплекса блюминга 1300, в кн.: Управление производством. Труды III Всесоюзного совещания по автоматическому управлению (технической кибернетике), Одесса, 20—26 сент. 1965, М., 1967; Гулько Ф. Б., Коган Б. Я., Райскина М. Е., О возможном применении вычислительных машин для изучения механизмов развития заболевания, «Автоматика и телемеханика», 1967, № 8, с. 104—106; Soudack А. С., Little W. D., An economical hybridizing scheme for applying Monte-Carlo methods to the solution of partial-differential equations, «Simulation», 1965, v. 5, № 1, p. 9—11; Bekey G. A., Karplus W. J., Hybrid computation, N. Y., 1968.

  Б. Я. Коган.

Структурная схема универсальной гибридной вычислительной системы: сплошной линией обозначены информационные, а пунктирной – управляющие каналы.

Гибридная интегральная схема

Гибри'дная интегра'льная схе'ма, гибридная микросхема, интегральная схема, в которой наряду с элементами, неразъёмно связанными на поверхности или в объёме подложки, используются навесные микроминиатюрные элементы (транзисторы, полупроводниковые диоды, катушки индуктивности и др.). В зависимости от метода изготовления неразъёмно связанных элементов различают гибридные плёночную и полупроводниковую интегральные схемы.

  Резисторы, конденсаторы, контактные площадки и электрические проводники в Г. и. с. изготовляют либо последовательным напылением на подложку различных материалов в вакуумных установках (метод напыления через маски, метод фотолитографии), либо нанесением их в виде плёнок (химические способы, метод шёлкографии и др.). Навесные элементы крепят на одной подложке с. плёночными элементами, а их выводы присоединяют к соответствующим контактным площадкам пайкой или сваркой. Г. и. с.., как правило, помещают в корпус и герметизируют. Применение Г. и. с. в электронной аппаратуре повышает её надёжность, уменьшает габариты и массу.

  И. Е. Ефимов.

Гибридное соединение

Гибри'дное соедине'ние, четырёхплечая радиоволноводная система, в которой мощность, поступающая в одно (любое) плечо, делится поровну между двумя другими, а в четвёртое плечо не поступает; при подведении к двум каким-либо плечам когерентных колебаний на третьем будет наблюдаться их сумма, а на четвёртом – их разность. Г. с. применяют в сверхвысоких частот технике: делителях и разветвителях мощности для суммирования и вычитания мощностей колебаний, балансных смесителях для подавления шумов гетеродина приёмника, измерительных устройствах, собранных по мостовой схеме, для измерения импедансов (полных сопротивлений) и коэффициент отражения и т. д. Большое разнообразие Г. с. сводят к трём простейшим видам: кольцевому (рис. 1), двойному тройнику (рис. 2) и направленному ответвителю со связью 3 дб. Кольцевое Г. с., или гибридное кольцо, состоит из отрезка замкнутого самого на себя радиоволновода, к которому присоединены отводы. Длину окружности (по среднему радиусу) гибридного кольца выбирают кратной половине расчётной длины волны электромагнитных колебаний в нём, а расстояние (по той же окружности) между отдельными плечами – кратными четверти расчётной длины волны.

  Лит.: Харве И А. Ф., Техника сверхвысоких частот, пер. с англ., т. 1, М., 1965; Jones С. W., Concerning hybrids, «Microwave Journal», 1961, v. 4, № 10, p. 98—104.

  В. И. Сушкевич.

Рис. 1. Гибридное кольцо: 1, 2, 3, 4 – плечи.

Рис. 2. Двойной волноводный тройник: 1, 2, 3, 4 – плечи.

Гибридные горные породы

Гибри'дные го'рные поро'ды, породы, вещественный состав и строение которых не отвечают производным нормальных магм. Г. г. п. обладают неоднородными текстурами и структурами, наличием аномальных парагенезисов минералов, содержат ксенолиты местного и глубинного происхождения. Г. г. п. возникают при: ассимиляции без сохранения   признаков поглощённых обломков и контаминации (загрязнении) с сохранением признаков усвоенных обломков. Образованию Г. г. п. также благоприятствуют раздробленность вмещающих пород, обилие в магме летучих веществ, контрастность в составе вмещающих пород и магм. Для интрузивов гранитов при ассимиляции лавового материала основного состава типичен ряд связанных переходами Г. г. п. (от краев интрузивов к их центр. частям): габбро – габбро-диориты – диориты – кварцевые диориты – гранодиориты – граниты. В этом ряду по направлению к гранитам происходит уменьшение содержания Са. Mg, Fe (материал вмещающих пород) и увеличение роли К, Na, Si (гранитная часть). Явления гибридизма известны и для базальтовых лав, когда в результате ассимиляции метаморфических и др. пород базальтовые лавы приобретают андезитовый состав.

  Лит.: Коптев-Дворников В. С., Явления гибридизации на примерах некоторых гранитных интрузий палеозоя Центрального Казахстана, «Тр. института геологических наук, Петрографическая серия», 1953, в. 148, № 44; Лазаренков В. Г., О процессах нормального гибридизма, «Зап. Всесоюзного минералогического общества», 1962, ч. 91, в. 1.

  В. С. Коптев-Дворников.

Гибридные семена

Гибри'дные семена', семена, образующиеся в результате скрещивания растений, относящихся к разным формам, сортам, линиям, видам и родам. Г. с. часто дают более высокие урожаи, чем негибридные, что связано с явлением гетерозиса. В с.-х. производстве СССР широко используются Г. с. кукурузы, сахарной свёклы, сорго, овощных культур и некоторых кормовых трав. Изучаются возможности использования Г. с. пшеницы, масличных и др. культур. Высевают, как правило, Г. с. первого поколения; во втором и последующих поколениях урожайность их резко падает. Для выращивания Г. с. кукурузы организована специализированная сеть семеноводческих хозяйств и создана техническая база для их обработки. Благодаря применению цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) Г. с. кукурузы выращивают без затрат ручного труда на удаление метёлок. Г. с. сахарной свёклы получают в результате искусственного скрещивания или свободного ветроопыления. Для получения Г. с. триплоидных сортов соотношение рядов устанавливают из расчёта: на 1 ряд тетраплоидных сортов 3 или 4 ряда диплоидных; ряды многосемянных и односемянных сортов размещают в соотношении 1: 5 или 1: 4. При выращивании Г. с. однолетних самоопыляющихся овощных культур необходимость в кастрации отпадает благодаря применению стерильных форм (например, у томатов). У огурцов с этой целью используют в качестве материнских форм растения двудомных сортов.

Гибридные языки

Гибри'дные языки', языки, характеризующиеся генетической неоднородностью лексического состава, морфологических и синтаксических моделей: см. Креольские языки.

Гибридный ракетный двигатель

Гибри'дный раке'тный дви'гатель, ракетный двигатель, работающий на сочетании твёрдых и жидких компонентов топлива. Один из компонентов, находящийся в твёрдом состоянии, как правило, размещается в камере сгорания, в которую подаётся другой (жидкий) компонент. Впервые Г. р. д. разработан в Группе изучения реактивного движенияв 1933 (см. Ракетный двигатель).

Гибридологический анализ

Гибридологи'ческий ана'лиз, способ изучения наследственных свойств организма путём скрещивания (гибридизации) его с родственной формой и последующим анализом признаков потомства. Г. а. впервые применил Г. Мендель (1865) для изучения механизма передачи наследственных задатков (генов) от родителей потомкам и для изучения взаимодействия генов у одного и того же организма (см. Менделя законы). В основе Г. а. лежит способность к рекомбинации, т. е. перераспределению генов при образовании гамет, что приводит к возникновению новых сочетаний генов. По этим сочетаниям, которые проявляются в потомстве гибридной особи с определённой частотой, можно судить о генотипе родительской формы, а по генотипу родительской формы можно предсказывать генотип потомства. Так, генотип особи, гибридной по паре аллелей, одна из которых – доминантная А, другая – рецессивная а, можно представить как Аа. Внешне, т. е. фенотипически (см. Фенотип), такая форма (гетерозигота) не отличается от формы с генотипом АА (гомозигота). Гибрид (Аа) формирует гаметы двух типов, каждый из которых несёт аллель А или аллель а. Т. о., гаметы никогда не бывают гибридными. С помощью различных видов скрещивания можно выявить, сколько типов гамет по данному гену формирует организм, и определить его генотип. Если у анализируемой формы (Аа) возможно самооплодотворение (что часто встречается у растений), схематично это будет выглядеть так: ♂ (А+а) ´ ♀ (А+а) (АА + Аа + Аа + аа. При этом в потомстве с определённой частотой появляется новая форма – аа.

  Если самооплодотворения нет, генотип исходной формы выявляют, скрещивая в разных комбинациях её потомков («брат ´ сестра») и анализируя «внучатое» поколение. Др. способ выявления гибридного состояния – анализирующее скрещивание: скрещивание предполагаемого гибрида с рецессивной родительской формой. Г. а. играет важную роль в селекционной практике и племенном деле, т.к. позволяет судить о тождестве фенотипа и генотипа. Здесь Г. а. находит применение в форме «анализа производителей по потомству» с целью выявления у производителей скрытых нежелательных генов. Г. а. применяется также при составлении хромосомных карт (см. Генетические карты хромосом). Знание генного состава хромосомы позволяет путём специальных скрещиваний вводить в геном определённую хромосому или группу генов и создавать формы с нужным генотипом. Этот метод широко применяется в растениеводстве. Г. а. пользуются при изучении взаимодействия генов в первом гибридном поколении (тесты на комплементацию). Г. а. является главным методом генетического анализа.

  Лит.: Руководство по разведению животных, пер. с нем., т. 2, М., 1963; Брюбейкер Дж. Л., Сельскохозяйственная генетика, пер. с англ., М., 1966; Лобашев М. Е., Генетика, 2 изд., Л., 1967.

  Ю. С. Демин.

Гибсон Эдуард

Ги'бсон (Gibson) Эдуард (р. 8.11.1936, Буффало, штат Нью-Йорк), лётчик-космонавт США и учёный. В 1959 окончил Рочестерский университет (штат Нью-Йорк). В 1964 получил степень доктора наук в области машиностроения в Калифорнийском технологическом институте. С 1965 в группе космонавтов. Одновременно вёл научную работу в области физики Солнца и физики плазмы. 16 ноября 1973 – 8 февраля 1974 совместно с Дж. Карром и У. Поугом совершил полёт в космос в качестве члена 3-го экипажа орбитальной станции «Скайлэб», запущенной 14 мая 1973. Полёт продолжался 84 сут 1 ч 16 мин; дважды выходил в открытый космос (10 ч 3 мин).

Гибсона пустыня

Ги'бсона пусты'ня (Gibson Desert), пустыня на З. Австралии, между Большой Песчаной пустыней на С. и Большой пустыней Виктория на Ю. Поверхность – плато высотой 300—500 м, сложенное докембрийскими породами, покрытое щебёнкой – продуктом разрушения древнего железистого панциря. На В. – останцовые кряжи из гранитов и песчаников высотой до 762 м, на З. – солончаки. Осадков менее 250 мм в год, выпадают они крайне нерегулярно. Редкие заросли кустарниковой акации, лебеды, злака спинифекс. Экстенсивное пастбищное скотоводство. Г. п. открыта в 1873 английской экспедицией Э. Джайлса, названа по имени члена экспедиции А. Гибсона.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ГИ)"