Информационных технологий

Основным видом аппаратных средств платформы АИТ является вычислительная

машина.

Вычислительная машина (ВМ) – комплекс технических средств, предназначенных

для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и

информационных задач.

Синоним выражения «вычислительная машина» служит термин «электронная вычислительная машина (ЭВМ)» или вошедший в современную практику термин «компьютер».

Вычислительные машины могут быть классифицированы по ряду признаков, например:

􀂃 принцип действия;

􀂃 этапы создания и элементная база;

􀂃 назначение;

􀂃 способ организации вычислительного процесса;

􀂃 размер, вычислительная мощность;

􀂃 функциональные возможности;

􀂃 способность к параллельному выполнению программ и др.

По принципу действия, связанному со схемотехническим представлением информации (сигналов) в аналоговой (непрерывные сигналы) и дискретной (импульсные сигналы) формах, вычислительные машины разделяются на три больших класса:

􀂃 аналоговые;

􀂃 цифровые;

􀂃 гибридные.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) или вычислительные машины дискретного действия работают с информацией, представленной в дискретной, т.е. в цифровой форме.

В современной практической деятельности (экономика, наука и техника и др. сферы) получили подавляющее применение ЦВМ - электронные цифровые вычислительные машины, или просто называемые электронными вычислительными машинами (ЭВМ).

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) или вычислительные машины непрерывного действия работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, используя ряд значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации. Скорость решения задач изменяется по желанию пользователя и может быть больше чем у ЦВМ, но точность решения задач невелика (относительная погрешность достигает до 2-5 %). На АВМ эффективно решаются математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) или вычислительные машины комбинированного действия работают с информацией, представленной и в цифровой и в аналоговой форме.

Гибридные вычислительные машины совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ и их целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

По назначению компьютеры можно разделить на три группы:

􀂃 универсальные (общего назначения);

􀂃 проблемно-ориентированные;

􀂃 специализированные.

Универсальные компьютеры предназначены для решения самых различных по направленности задач (инженерно-технические, экономические, математические, информационные). Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и других мощных вычислительных комплексах.

Универсальные ВМ отличают следующие характеристики:

􀂃 высокая производительность;

􀂃 разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичные, десятичные, символьные) при большом диапазоне их изменения и представления;

􀂃 обширный перечень выполняемых операций (арифметические, логические, специальные);

􀂃 большая емкость оперативной памяти;

􀂃 развитая организация системы ввода-вывода информации при обеспечении возможности подключения разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные компьютеры предназначены для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими процессами. Такие ВМ обеспечивают регистрацию, накопление и обработку относительно небольших объемов данных, позволяют выполнять расчеты по сравнительно несложным алгоритмам, они обладают ограниченными, по сравнению с универсальными компьютерами аппаратными и программными ресурсами.

Специализированные компьютеры предназначены для решения определенного узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация компьютеров позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

К специализированным компьютерам можно отнести: программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить (Рис. 1.3) на категории:

􀂃 сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ);

􀂃 большие;

􀂃 малые;

􀂃 сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ).

Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как:

􀂃 быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых

машиной за единицу времени;

􀂃 разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует компьютер;

􀂃 виды, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

􀂃 виды и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

􀂃 тип внутримашинного интерфейса, т.е. типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой;

􀂃 многопрограммность, т.е. способность компьютера одновременно работать с не-

сколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ;

􀂃 типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

􀂃 наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

􀂃 программная совместимость с другими типами компьютеров, т.е. способность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров;

􀂃 система и структура машинных команд;

􀂃 возможность подключения к каналам связи и вычислительной сети;

􀂃 эксплуатационная надежность компьютера и другие параметры и характеристики;

Дадим краткую характеристику классов компьютеров, по критерию «размер и вычислительная мощность».

Большие компьютеры за рубежом часто называют мэйнфреймами (mainframe). К ним относят, как правило, компьютеры, имеющие производительность не менее 100 MIPS, основную память емкостью от 512 до 10 000 Мбайт, внешнюю память не менее 100 Гбайт,

многопользовательский режим работы при одновременном обслуживают от 16 до 1000 пользователей.

Компьютеры класса «mainframe» нашли широкое применение при решении научно-

технических задач, используются в качестве платформы в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, в работе с большими базами данных, в управлении вычислительными сетями и их ресурсами, в качестве больших серверов вычислительных сетей. По данным экспертов, на мэйнфреймах сейчас находится около 70 % «компьютерной» информации.

Малые компьютеры (мини-ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации

компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.

Мини-компьютеры обладают производительностью до 1000 MIPS, емкостью основной памяти до 8000 Мбайт, емкостью дисковой памяти до 1000 Гбайт, числом поддерживаемых пользователей от 16-до 1024.

Все модели мини-компьютеров разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем2, 32-, 64- и 128-разрядных микропроцессоров.

К достоинствам мини-компьютеров можно отнести:

􀂃 специфичную архитектуру с большой модульностью;

􀂃 лучшее чем у мэйнфреймов соотношение производительность/цена;

􀂃 повышенная точность вычислений.

Мини-компьютеры ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Наряду с использованием мини-компьютеров для управления технологическими процессами, они успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системе искусственного интеллекта.

2 Интегральная схема — электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число активных элементов (диодов и транзисторов).

Многопользовательские микрокомпьютеры - это мощные микрокомпьютеры, оборудованные несколькими видеотерминалами и работающие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

Персональный компьютер (ПК) - однопользовательские микрокомпьютеры, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения при следующих технико-экономических характеристиках:

􀂃 малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

􀂃 автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

􀂃 гибкость архитектуры, обеспечивающая адаптируемость к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

􀂃 дружественность операционной системы и остального программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

􀂃 высокая надежность работы (более 5000 часов наработки на отказ).

Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские микрокомпьютеры, часто специализированные для выполнения определенного вида работ, таких как графические, инженерные, издательские и т.д.

Серверы (server) - многопользовательские мощные микрокомпьютеры в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех рабочих станций сети.

Сетевые компьютеры (network computer) - упрощенные микрокомпьютеры, обеспечивающие работу в сети и доступ к сетевым ресурсам, часто специализированные на выполнении определенного вида работ, таких как защита сети от несанкционированного доступа, организация просмотра сетевых ресурсов, электронной почты и т.д.