Классификация ЭВМ

Наиболее часто используются следующие классификации компьютерной техники:

· По этапам развития (по поколениям);

· По производительности;

· По типоразмерам;

· По уровню специализации;

· По принципу действия и т.д.

Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства появляются новые классы, границы классов существенно изменяются.

1. Поколения ЭВМ. Идея делить машины на поколения вызвана прежде всего тем, что со временем существенно менялась элементная база создаваемых компьютеров (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), а также их структура и характер использования.

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Эти компьютеры имели большие размеры (занимали отдельное помещение), потребляли много электроэнергии и были чрезвычайно дороги, их могли приобрести только крупные корпорации. Примеры машин первого поколения – отечественные МЭСМ, БЭСМ, «Стрела», «Урал»,
М-20.

Второе поколение компьютерной техники - машины, сконструированные в 1955–65 гг. Характеризуются использованием как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Оперативная память машин этого поколения была построена на магнитных сердечниках. В это время изменилось и оборудование ввода-вывода: появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Новая элементная база произвела революцию и в производстве компьютеров. Значительное уменьшение габаритов, снижение потребляемой мощности и стоимости позволило вносить изменения в архитектуру компьютеров, расширить их функциональные возможности, повысить быстродействие до сотен тысяч и даже миллионов операций в секунду. Площадь, требуемая для размещения компьютера, снизилась до нескольких квадратных метров, предпринимались попытки изготовления настольных вариантов. К ЭВМ второго поколения относятся: ЭВМ М-40, -50; «Минск»; БЭСМ-3 -4, -6; «Наири» и др.

Машины третьего поколения созданы после 60-x годов. В качестве элементной базы использовались интегральные схемы, которые позволили резко уменьшить размеры ЭВМ (компьютеры выполнялись в виде одной стойки), и снизить потребляемую мощность. Увеличение быстродействия узлов, построенных на ИС, позволило довести быстродействие компьютеров до десятков миллионов операций в секунду и снизить их стоимость. Уменьшение стоимости привело к разработке и практической реализации мощных вычислительных систем, использующих параллельную обработку: многопроцессорных и конвейерных вычислителей.

Кроме элементной базы машины второго и третьего поколений различаются архитектурой. Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой, программно совместимые. Они имеют развитые операционные системы, обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами берёт на себя операционная система.

Примеры машин третьего поколения: семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Четвёртое поколение - это поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. В качестве элементной базы использовались большие интегральные схемы и сверхбольшие интегральные схемы, содержащие уже не набор логических элементов для построения функциональных узлов компьютера, а целиком функциональные узлы и, в первую очередь, процессор, а также устройства управления внешними устройствами - контроллеры.

Машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных операционных систем и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Для них характерны:

- применение персональных компьютеров;

- телекоммуникационная обработка данных;

- компьютерные сети;

- широкое применение систем управления базами данных;

- элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Некоторые специалисты выделяют пятое, шестое и последующие поколения как результат совершенствования микроэлектронных технологий. Другие рассматривают последующие поколения как результат изменения структур обработки команд и данных внутри микропроцессора.

Темпы развития микроэлектронной промышленности подтверждают на практике предположение Гордона Мура (закон Мура): число транзисторов в одной микросхеме растет экспоненциально, и каждые 18 месяцев удваивается производительность вычислительной техники. Однако есть мнение, что кремниевые технологии практически исчерпали себя.

Сегодня технологии электронного производства вплотную приблизились к созданию квантово-размерных структур и нанопроизводств (1нм = 10^-9 м).

Нанотехнологии – это новое направление в производстве интегральных схем. Благодаря открытию туннельного эффекта стало возможным появление туннельно-резонансных диодов и транзисторов. Использование многобарьерных туннельно-резонансных структур позволяет создавать многоуровневые электрические элементы. На основе нанотранзисторов есть возможность реализовывать как процессоры, так и память.

2. По производительности компьютеры можно подразделить:

1. на микрокомпьютеры, в том числе – персональные компьютеры;

2. Миникомпьютеры;

3. Мэйнфреймы (универсальные компьютеры);

4. Суперкомпьютеры.

Микрокомпьютеры – это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде одного или нескольких микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др. Одна из характеристик быстродействия – тактовая частота - имеет порядок гигагерц, что соответствует миллиардам элементарных операций в секунду. Разновидность микрокомпьютера – микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.

Персональные компьютеры (ПК) – это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. Персональные компьютеры в свою очередь подразделяются на массовые (большинство существующих на рынке); портативные (обязательно наличие средств компьютерной связи); рабочие станции (высокие требования к устройствам хранения данных); развлекательные (высокие требования к средствам воспроизведения графики и звука).

Миникомпьютерами и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке. В настоящее время компьютеры этого класса вытесняются микрокомпьютерами. Миникомпьютеры занимаютпромежуточное по­ложение между персональными компьютерами и мэйнфреймами. За рубежом они используются в большинстве крупных фирм, в университетах, правительственных учреждениях, центрах обработ­ки данных и т.д. как для тех задач, для которых производительно­сти персональных компьютеров недостаточно, так и для обеспече­ния централизованного хранения и обработки данных.

Мэйнфреймы, или большие ЭВМ, предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и обработки больших объемов информации. Являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 – 300 рабочих мест. Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5-6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе. Отличаются исклю­чительной надежностью, высоким быстродействием, очень боль­шой пропускной способностью каналов ввода-вывода. Большая часть крупных корпораций, банков, зарубежных правительственных учреждений обрабатывает свои данные именно на таких компью­терах. Десятки мэйнфреймов могут работать совместно под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.

Суперкомпьютеры, или супер-ЭВМ – это очень мощные компьютеры с производительностью порядка 1012 операций в секунду. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).

Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений. В этих машинах параллельно, т.е. одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.

Суперкомпьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.