Современная классификация ЭВМ
В настоящее время в мире продолжают работать и производятся миллионы вычислительных машин, относящихся к различным поколениям, типам, классам, отличающихся своими областями применения, техническими характеристиками и вычислительными возможностями. Электронную вычислительную технику подразделяют на аналоговую и цифровую (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Структура электронной вычислительной техники
В настоящее время цифровая электронная вычислительная техника является наиболее широко используемой в профессиональной и повседневной деятельности.
По назначению выделяют следующие виды компьютеров:
а) универсальные – предназначены для решения различных задач, типы которых не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются:
– разнообразием форм обрабатываемых данных (числовых, символьных и т. д.) при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления;
– большой емкостью внутренней памяти;
– развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода;
б) проблемно-ориентированные – служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств;
в) специализированные – применяются для решения очень узкого круга задач. Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами.
Направление исследований, связанное с применением ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта (рис. 2.8), предполагающее получение не точного результата, а чаще всего осредненного в статистическом, вероятностном смысле, все больше набирает силу. Во многих областях науки и техники создаются и совершенствуются базы данных и базы знаний, экспертные системы. Для технического обеспечения этого направления нужны качественно новые структуры ЭВМ с большим количеством вычислителей (ЭВМ или процессорных элементов), гарантирующих параллелизм в вычислениях. По существу, ЭВМ уступают место сложнейшим вычислительным системам.
Для решения различных задач нужна и различная вычислительная техника (ВТ). Рынок компьютеров постоянно имеет широкую градацию классов и моделей ЭВМ. Фирмы-производители средств ВТ очень внимательно отслеживают состояние рынка ЭВМ. Они не просто констатируют отдельные факты и тенденции, а стремятся активно воздействовать на них и опережать потребности потребителей.
Вследствие этого, по размерам и функциональным возможностям различают следующие виды компьютеров.
СуперЭВМ. Это мощные многопроцессорные компьютеры с огромным быстродействием (рис. 2.9). Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения:
– экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком;
– крупномасштабных задач, требующих выполнения больших объемов вычислений (при решении задач проектирования, ЭВМ позволяет методами численного моделирования получить результаты вычислительных экспериментов, обеспечивая приемлемое время и точность решения).
Рис. 2.9. Суперкомпьютерный центр
Дальнейшее развитие суперЭВМ связывается с использованием направления массового параллелизма, при котором одновременно могут работать сотни и даже тысячи процессоров.
 |
þ Производительность нового суперкомпьютера, известного под именем Roadrunner, преодолела порог в 1 Petaflop (1 триллион операций в секунду) и составила 1,026 септильона операций в секунду. Этот компьютер был разработан инженерами компании IBM и учёными Национальной лаборатории штата Нью Мексико.
При создании Roadrunner использовались оригинальные компоненты, которые изначально были предназначены для построения игровых приставок Sony PlayStation. Чтобы проще было оценить скорость работы Roadrunner, представьте себе следующее. Если всё население планеты, т. е. 6 миллиардов человек возьмут в руки по калькулятору и будут считать на протяжении 24 часов в сутки каждый день по заранее составленным алгоритмам, им понадобится 46 лет, чтобы просчитать такой объём данных, которые Roadrunner обработает за 1 день. Учёные планируют использовать суперкомпьютер Roadrunner для изучения такого рода проблем, как, к примеру, глобальное изменение климата [1].
Большие ЭВМ (mainframe). Мэйнфреймы характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей одновременно могут решать свои задачи, рис. 2.10).
Основное направление – решение научно-технических задач, работа с большими объемами данных, управление компьютерными сетями и их ресурсами в качестве крупных серверов.
Однако их доля в общем парке постоянно снижается.
Малые ЭВМ. Используются как управляющие компьютеры для контроля над технологическими процессами. Применяются также для вычислений в многопользовательских системах, в системах автоматизации проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.
МикроЭВМ. По назначению микроЭВМ могут быть:
– универсальными;
– специализированными.
По числу пользователей, одновременно работающих за компьютером:
– многопользовательские;
– однопользовательские.
Специализированные многопользовательские микроЭВМ (серверы – от англ. server) являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для обработки запросов всех компьютеров сети.
Специализированные однопользовательские (рабочие станции – от англ. workstation) эксплуатируются в компьютерных сетях для выполнения прикладных задач.
Универсальные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, оборудованными несколькими терминалами.
Универсальные однопользовательские микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры.
По конструктивным особенностям ПК делятся:
– на стационарные (настольные – тип DeskTop);
– переносные:
o ноутбуки,
o органайзеры,
o карманные и т. д.
Наиболее популярным представителем универсальных однопользовательских микроЭВМ (ПК) в России является компьютер класса IBM PC (International Business Machines – Personal Computer).
Несмотря на различие форм и размеров, все ПК объединяет общность структуры оборудования, что продиктовано сходным характером выполняемой работы [9]:
– компьютер должен воспринимать информацию извне – для этого предназначены устройства ввода, например клавиатура;
– для временного хранения обрабатываемой информации и инструкции по ее обработке (т. е. программы) существует оперативная память;
– для длительного хранения большого объема информации используются магнитные и оптические диски;
– для выдачи результатов работы вовне, на ПК имеется дисплей и печатающее устройство (принтер).
Типовая конфигурация ПК типа IBM PC включает (базовый комплект):
● системный блок;
● дисплей;
● клавиатуру.
К базовому комплекту обычно добавляют принтер. Возможности базового комплекта расширяются, если в его состав также включить внешние устройства (см. подразд. 2.5).
Примерная логическая схема ПК как совокупность основных составляющих его элементов представлена на рис. 2.11, а примерная физическая схема ПК – на рис. 2.12.
Рис. 2.11. Логическая схема ПК
Рис. 2.12. Физическая схема ПК
& Рекомендуемый библиографический список: [1, глава 2, разделы 2, 1], [2, главы 4, § 2], [5, глава 3], [6], [7, глава 2].
Вопросы для самоконтроля
1. Какие характеристики позволяют отнести компьютер к категории «персональный»?
2. В чем принципиальные различия между аналоговыми и цифровыми ЭВМ?
3. На какие категории делятся ЭВМ по назначению?
4. Какие вы знаете ЭВМ, отличающиеся друг от друга по конструктивным особенностям?
5. В чем, по вашему мнению, заключается отличие мэйнфреймов от суперкомпьютеров?