Классификация ЭВМ.

Тема 5. Технические средства реализации информационных процессов.

История развития ЭВМ; поколения ЭВМ.

Классификация ЭВМ.

Основные принципы строения персонального компьютера.

Микропроцессор.

Внутренняя память.

Устройства ввода информации и их характеристики.

Устройства вывода информации и их характеристики.

Запоминающие устройства и их характеристики.

Устройства передачи информации и их характеристики.

Организационные формы использования и режимы работы ЭВМ.

История развития ЭВМ. Поколения ЭВМ.

Первое поколение (1946 – середина 50-х годов).

Элементная база: электронно-вакуумные лампы, резисторы и конденсаторы. Габариты: громадные шкафы, занимающие целые залы. Скорость работы: 10-20 тыс. операций в секунду. Программирование: в машинных кодах.

Второе поколение (конец 50-х – конец 60-х годов).

Элементная база: полупроводниковые транзисторы, диоды. Габариты: стойки чуть выше человеческого роста. Производительность: до 1 млн. операций в секунду. Введен принцип разделения времени для совмещения во времени работы разных устройств. Программирование: появились алгоритмические языки. Программы вводились с помощью перфокарт или перфолент. Задачи решались в пакетном режиме: друг за другом по мере освобождения устройств обработки.

Третье поколение (конец 60-х – конец 70-х годов).

Элементная база: интегральные схемы. Габариты: схожи с ЭВМ второго поколения. Скорость: несколько миллионов операций в секунду. В структуре ЭВМ появился принцип модульности и магистральности. Увеличился объем памяти, память разделилась на ОЗУ и ПЗУ, появились магнитные диски, ленты, дисплеи и графопостроители. Программирование: такое же, как во втором поколении. Наряду с пакетной обработкой появился режим работы с разделением времени.

Четвертое поколение (от конца 70-х по настоящее время).

Элементная база: большие и сверхбольшие интегральные схемы, содержащие сотни тысяч элементов на одном кристалле. Габариты: персональный компьютер. Скорость: до миллиарда операций в секунду. Программирование: новые языки и среды программирования, новые принципы программирования. Развитие операционных систем, а также широкого класса программ прикладного характера.

Пятое поколение (начало 80-х годов по наше время) – искусственный интеллект.

Классификация ЭВМ.

Классификация по принципу действия:

- цифровые – вычислительные машины дискретного действия, работающие с информацией, представленной в цифровой (дискретной) форме;

- аналоговые – вычислительные машины непрерывного действия, работающие с информацией, представленной в аналоговой форме;

- гибридные – вычислительные машины смешанного действия, позволяющие обрабатывать информацию, представленную как в цифровой, так и в аналоговой форме.

Классификация по назначению:

- универсальные ЭВМ – предназначены для выполнения экономических, инженерных, информационных и других задач, связанных со сложными алгоритмами и большими объемами данных. Они характеризуются большой емкостью оперативной памяти, высокой производительностью, обширным спектром выполняемых задач (арифметических, логических, специальных) и разнообразием форм обрабатываемых данных;

- проблемно-ориентированные ЭВМ – обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами и служат для решения задач, связанных с управлением технологическими процессами, регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных, выполнения расчетов с относительно несложным алгоритмом;

- специализированные ЭВМ – служат для решения строго определенных групп задач. Высокая производительность и надежность работы обеспечивается наличием возможности специализировать их структуру.

Классификация по размерам и функциональным возможностям учитывает важнейшие технико-эксплуатационные характеристики компьютера, такие, как быстродействие; разрядность и формы представления чисел; номенклатура, емкость и быстродействие запоминающих устройств; типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов; возможность работы в многопользовательском и мультипрограммном режиме; наличие и функциональные возможности программного обеспечения; программная совместимость с другими типами ЭВМ; система и структура машинных команд; возможность подключения к каналам связи и вычислительной сети; экс­плуатационная надежность и др.

Согласно перечисленным выше критериям ЭВМ делятся на следующие группы:

- микроЭВМ;

- малые ЭВМ;

- большие ЭВМ;

- суперЭВМ.

МикроЭВМ – класс ЭВМ, действие которых основано на микропроцессорах. Внутри своего класса микроЭВМ делятся на универсальные (многопользовательские и персональные) и специализированные (серверы и рабочие станции).

Многопользовательские – мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать сразу нескольким пользователям.

Персональные – микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения, ориентированные на работу в однопользовательском режиме. Современные персональные компьютеры имеют два вида исполнения: настольный (стационарный) и портативный (переносной).

Портативные компьютеры представляют собой быстроразвивающийся подкласс, который, по некоторым оценкам, в ближайшее время будет занимать превалирующие позиции среди микроЭВМ. Главной отличительной чертой портативных компьютеров является наличие блока автономного питания и LCD-монитора. Среди существующих в настоящее время портативных компьютеров различают:

- компьютеры типа Lap Тор;

- компьютеры-блокноты типа Note book;

- карманные компьютеры типа Palm Тор;

- электронные секретари типа PDA (Personal Digital Assistant);

- электронные записные книжки (органайзеры – organizer).

Серверы (server) – особо интенсивно развивающаяся группа микроЭВМ, применяемая в вычислительных сетях. Сервер представляет собой компьютер, выделенный для обработки запросов со всех станций сети, а также предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Кроме того, на сервер возлагаются функции распределителя ресурсов.

Для решения конкретных задач, связанных с устранением узких мест в работе сети, серверы часто подразделяются на следующие виды:

- сервер приложений – универсальный сервер, занимающийся обработкой запросов с рабочих станций сети, распределением и обеспечением доступа к общим ресурсам сети;

- файл-сервер – используется для работы с файлами данных, характеризуется большими объемами дисковых запоминающих устройств;

- архивационный сервер – служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях. Как правило, на такого рода серверах применяются стримеры со сменными картриджами. Сжатие и архивирование информации производится чаще всего один раз в день в автоматическом режиме по сценарию, заданному администратором;

- почтовый сервер – выделенная рабочая станция, предназначенная для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками и специализированной системой защиты от несанкционированного доступа;

- факс-сервер – выделенная рабочая станция для организации высокоэффективной многоадресной факсимильной связи. Такие компьютеры, как правило, оснащаются несколькими факсмодемными платами и специализированной системой защиты от несанкционированного доступа в процессе передачи;

- сервер печати – предназначен для организации эффективного использования системных принтеров;

- сервер телеконференций – сервер, снабженный системой автоматической обработки видеоизображений.

Рабочие станции (work station) – однопользовательские микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – класс ЭВМ, разрабатывающихся на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем 16, 32, 64-разрядных микропроцессоров. Компьютеры этого класса характеризуются широким диапазоном производительности в конкретных условиях применения, аппаратной реализацией большинства функций ввода-вывода информации, достаточно простой реализацией микропроцессорных и многомашинных систем, возможностью работы с форматами данных различной длины. Мини­ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Кроме того, они могут быть использованы для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, системах автоматизированного проектирования и моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

К основным характеристикам машин этого класса относятся количество процессоров (от 1 до 16), производительность (от 1 до 600 MIPS), емкость основной памяти (от 4 Мбайт до 2 Гбайт), емкость дисковой памяти (2-300 Гбайт), количество каналов ввода-вывода (до 32).

Большие ЭВМ (mainframe) – класс ЭВМ, предназначенных для решения научно-технических задач и задач, связанных с управлением вычислительными сетями и их ресурсами, работы в вычислительных системах с пакетной обработкой информации и боль­шими базами данных. В последнее время наметилась тенденция использования этого класса ЭВМ в качестве больших серверов вычислительных сетей.

Основными характеристиками больших ЭВМ являются производительность (не менее 10 MIPS), емкость основной памяти (до 10 Гбайт), внешняя память (не менее 50 Гбайт), многопроцессорность (от 4 до 8 векторных процессоров), многоканальность (до 256 каналов ввода-вывода), многопользовательский режим работы (обслуживание до 1000 пользователей одновременно). На больших ЭВМ сейчас находится около 70% компьютерной информации.

СуперЭВМ – класс мощных многопроцессорных вычислительных машин с быстродействием в десятки миллиардов операций в секунду. ЭВМ этого класса представляют собой многопроцессорные вычислительные системы и структурно делятся на следующие группы:

- магистральные (конвейерные), снабженные процессорами, одновременно выполняющими разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных. Такие системы называют системами с многократным потоком команд и однократным потоком данных;

- векторные, работа которых характеризуется тем, что все их процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными (однократный поток команд и многократный поток данных);

- матричные, в которых процессорами одновременно выполняются действия над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных.