Основные типы ЭВМ

Разнообразие форм и областей использования ЭВМ породило широкий спектр машин, различающихся по техническим характеристикам и устройству. Ввиду высоких темпов совершенствования вычислительной техники, классификация её по типам весьма условна, поскольку количественные характеристики классификационных признаков часто меняются. С учетом этого можно сказать, что существуют следующие основные типы ЭВМ:

· суперкомпьютеры;

· мэйнфреймы (mainframe);

· серверы и рабочие станции;

· персональные компьютеры (мини ЭВМ);

· специализированные компьютеры.

Суперкомпьютеры, как явствует из названия, стоят на вершине иерархии вычислительных машин, они обладают наивысшей достигнутой в настоящий момент производительностью и являются флагманом прогресса в вычислительной технике, так как многие новинки, впервые примененные в суперкомпьютерах, затем используются в компьютерах других классов.

В настоящее время в области суперкомпьютеров лидируют фирмы NEC, Silicon Graphics и IBM. В США, лидирующих в области строительства суперкомпьютеров, реализуется проект Ускоренной стратегической компьютерной инициативы (ASCI). осуществляемый с 1996 года для оснащения крупнейших исследовательских лабораторий страны (в частности, центра ядерных исследований в Лос Аламосе) с целью перехода от методов натуральных ядерных испытаний к методам, основанным на вычислительных возможностях. Сейчас самыми мощными суперкомпьютерами в мире являются:

1. Blue Gene/L (создан компанией IBM), пиковая производительность 280.6 Tflops (триллионов операций над числами с плавающей точкой в секунду)- принадлежит министерству энергетики США, установлен в Национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса в Ливерморе (LLNL), используется для моделирования поведения ядерного оружия;

2. Схожий, но меньшего масштаба компьютер eServer Blue Gene Solution system (IBM), производительностью 91.2 Tflops, установлен в исследовательском центре Thomas J. Watson Research Center, используется для научных и бизнес- исследований;

3. Компьютер Purple system, разработан IBM в рамках программы ASCI для LLNL, имеет производительность 63.4 Tflops, собран из серверов eSeries 575.

Производительность самых быстрых существующих суперкомпьютеров регулярно оценивается тестом Linpack, основанном на решении линейных уравнений. Результаты тестирования дважды в год публикуются в отчете " ТОР 500". С содержанием последнего отчёта (ноябрь 2007 года) можно ознакомиться на сайте www.top500.org.

Существует также рейтинг 50-ти наиболее мощных вычислительных систем, установленных на территории стран СНГ. Системы ранжируются по результатам, показанным в тесте Linpack. Рейтинг обновляется 2-ды в год. Осенью 2004 года самым мощным в странах СНГ был признан компьютер " Скиф К-1000" производительностью 2, 032 Tflops- создан в рамках российско-белорусской программы " СКИФ", установлен в Минске. Этот компьютер создан на базе 576-ти процессоров AMD Opteron с тактовой частотой 2.20 ГГц.

Разрабатывать, создавать и содержать суперкомпьютеры очень дорого, их стоимость пропорциональна производительности и составляет от сотен тысяч до десятков миллионов долларов.

Дорогостоящая погоня за максимальной производительностью суперкомпьютеров имеет практическую основу: благодаря высокой скорости работы, эти вычислительные комплексы позволяют выполнять математическое моделирование и имитацию различных природных процессов - климата и землетрясения, помогают разведке полезных ископаемых, активно используются автомобильными, аэрокосмическими и химическими компаниями для разработки новой техники, используются финансовыми компаниями для пересчёта в режиме реального времени цен пакетов акции с учетом текущего состояния дел на рынке, для анализа риска финансовых операций. В кинематографе суперкомпьютеры применяются для создания искусственных образов с высокой степенью реалистичности. Огромное значение уделяется моделированию ядерных взрывов для проверки ядерных запасов на предмет порчи и старения. Это даёт наиболее развитым странам огромное преимущество перед остальным миром в условиях моратория на ядерные испытания.

Мэйнфреймами называются большие универсальные компьютеры, стоимость и производительность которых ниже суперкомпьютеров, но существенно выше компьютеров других классов.

Традиционно, мэйнфреймы использовались для централизованной обработки информации в крупных учреждениях, ими оснащались вычислительные центры больших научных и учебных заведений, крупных промышленных предприятий, объединений и министерств.

В связи с широким распространением персональных компьютеров и сетей на основе ПК, сфера применения мэйнфреймов сузилась, но они по-прежнему остаются более эффективными по сравнению с локальными сетями, построенными на персональных компьютерах, при числе пользователей, превышающем 100 человек – в этом случае обслуживание большого количества пользователей, работающих на терминалах, подключенных к одной большой машине, обходится дешевле эксплуатации большого числа персональных компьютеров, соединенных вместе каналами передачи данных.

Традиционным и крупнейшим производителем мэйнфреймов является фирма IBM, которая в 1964 году ввела сам термин " мэйнфрейм" и создала первые компьютеры этого типа- машины семейства System 360 и System 370. Они могли использоваться для научно-инженерных расчетов и обработки изображений, поддерживать базы данных терабайтных объемов, обслуживать локальные и глобальные сети. В начале 90-х годов IBM продолжила эволюционное развитие мэйнфреймов – новая серия вычислительных систем этого типа получила название System 390. В 2000 г. появилось их шестое поколение - System 390 G6.

В настоящее время флагманом мэйнфреймов стала серия компьютеров IBM eServer zSeries 900, оптимизированная для задач электронного бизнеса. В ее состав входят 64-разрядные многопроцессорные системы с оперативной памятью объемом 64 Гбайт и с пропускной способностью системы ввода-вывода и адаптеров сетевых каналов, составляющей 24 и 3 Гбайт/с соответственно. Производительность zSeries 900 превышает 2500 MIPS. Каждая машина zSeries 900 может работать автономно или в составе кластера из 32 вычислительных систем совместно с другими компьютерами zSeries и системами IBM System 390.

Самый мощный на сегодняшний день мэйнфрейм - это модель eServer zSeries 990 (кодовое название T-Rex, " Тиранозавр"). Подобные системы предназначены для компаний финансового сектора и других отраслей, где требуется максимальная отказоустойчивость, защита информации и высокие вычислительные возможности. Стоимость нового IBM eServer zSeries 990 начинается с 1 млн долларов. Производительность 32-процессорной системы zSeries 990 составляет 9000 MIPS.

Сейчас компании IBM принадлежит около 95% мирового рынка мэйнфреймов. Другие крупные производители машин этого класса - фирмы Tandem Computers, Unisys Corp., Digital. Российские производители вычислительной техники совместно с IBM разработали в 1994 году компьютер ЕС 1200 - отечественный аналог мэйнфрейма IBM System 390, совместимый как с персональными компьютерами, так и с существующими отечественными мэйнфреймами серии ЕС ЭВМ, которыми в Советском Союзе долгие годы оснащались многочисленные вычислительные центры.

Для мэйнфреймов разработаны офисные и издательские пакеты программ, средства графики, трехмерного моделирования, САПР, трансляторы с различных языков высокого уровня, средства разработки программ, пакеты математической статистики, программное обеспечение для научных исследований, средства автоматизации управления производством, средства автоматизации банковской деятельности. Мэйнфреймы активно производятся, совершенствуются и используются, хотя вследствие дороговизны этих устройств их применение экономически эффективно для решения далеко не любой задачи. Как правило, их использование рентабельно при высоких требованиях к производительности (от 100 млн. операций в секунду) и к защищенности от несанкционированного доступа и сбоев, при необходимости централизованного хранения и обработки больших объемов данных.

Серверами называют мощные машины, превосходящие по мощности персональные компьютеры. Назначение серверов - управлять работой компьютерной сети (сетевые серверы) и хранить на магнитных дисках большой объем информации, используемой в сети (файловые серверы). Серверы, в отличие от офисных ПК, оснащаются несколькими 64-разрядными RISC-процессорами. Младшие модели серверов могут оснащаться одним или несколькими процессорами Intel Core 2 Duo/Quad, Хеоn, AMD Opteron. В качестве операционных систем на серверах используют различные версии UNIX, Windows NT, Solaris.

Рабочие станции - это компьютеры, мощность которых сопоставима с вычислительной способностью серверов, но представляющие собой не сетевые машины, а индивидуальные вычислительные системы, предназначенные для автоматизированного проектирования, компьютерной графики, компьютерного моделирования и анализа, обработки и распознавания изображений, картографии. Как правило, рабочие станции оснащаются высокопроизводительными видеоадаптерами и дорогими высококачественными дисплеями, мощными RISC-процессорами и объемной оперативной памятью. В то же время в качестве недорогих рабочих станций могут использоваться мощные персональные компьютеры, оснащенные высокопроизводительными 2D/3D графическими ускорителями.

Термином " персональный компьютер " в наши дни охватывается широкий спектр машин - от крошечного PALM-TOP размером с блокнот, до настольных систем с процессорами Intel Core 2 Extreme или АМD Phenom x4, производительность которых сравнима с производительностью рабочих станций и серверов. Общим для ПК является их сравнительная простата, дешевизна и универсальность, они не ориентированы на применение в какой-либо узкой области.

Специализированными называются вычислительные машины, ориентированные на узкую область применения, например в качестве бортового компьютера самолета, космического корабля, автомобиля или для управления оборудованием.