Современные суперкомпьютеры последующих поколений рассмотриваются отдельно

Классификация компьютеров.

Определение компьютера.

В левой и правой частях уравнения суммы ЭВ в вертикальных сечениях расчетной схемы.

Уравнение решается относительно h₁. Подставляя выражения ЭВ (см. формулы 5, 7, 8) получаем:

Персональные компьютеры (ПК) и их классификация.

(Слайд 1)

1. Определение компьютера.

2. Классификация компьютеров по принципу действия

3. Классификация компьютеров по этапам создания и элементной базе.

4. Классификация по принципам функционирования и использования.

4.1. Большие компьютеры или мэйнфреймы (mainframe).

4.2. Малые компьютеры или Мини - ЭВМ.

4.3. Микрокомпьютерыили Микро - ЭВМ.

5. Сетевая классификация ЭВМ.

6. Персональные компьютеры (ПК) и их классификация.

6.1. Классификация по спецификации РС99.

6.2. Классификация по уровню специализации.

6.3. Классификация по назначению и типоразмерам.

6.4. Классификация по совместимости

6.5. Классификация по типу используемого процессора.

7. Основные выводы.
1. Определение компьютера.

Предварительные определения.

· Вычислительная техника - совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизи­рованной обработки данных.

· Вычислительная система - конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего места.

· ЭВМ (электронно-вычислительная машина) или Компьютер - ­ центральное устройство большинства вычислительных систем.

· Компьютер — это универсальный электронный прибор, предназначенный для автоматизации процессов и работ по созданию, хранению, обработке, транспорти­ровке, воспроизведении и выдаче данных.

Основное определение.

Электронная вычислительная машина или компьютер - это комп­лекс аппаратных и программных средств, предназначенный для авто­матизации подготовки и решения задач пользователей. Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных. Для снижения трудоемкости подготовки задач к решению, эффективного использования отдельных технических, программных средств и ЭВМ в целом, а также облегчения их эксплуатации, каждая ЭВМ имеет специальный комплекс программных средств.

Часть программных средств обеспечивает взаимодействие пользо­вателей с ЭВМ и является своеобразным посредником между ними. Она получила название операционная система и является ядром про­граммного обеспечения ЭВМ.

Под программным обеспечением понимается комплекс про­граммных средств регулярного применения, имеющих целью созда­ние необходимого сервиса для работы пользователей.

2. Классификация компьютеров попринципу действия.

Компьютеры могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

· принцип действия;

· этапы создания и элементная база;

· назначение;

· способ организации вычислительного процесса;

· размер, вычислительная мощность;

· функциональные возможности;

· способностьк параллельному выполнению программ и т. д.

По принципу действия ЭВМ делятся на три больших класса:

· аналоговые;

· цифровые;

· гибридные.

ЦВМ — цифровые вычислительные машины или вычислительные машины дискретного действия — работают с информацией, представленной в дискретной, а точ­нее в цифровой форме.

АВМ — аналоговые вычислительные машины или вычислительные машины непрерывного действия — работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физичес­кой величины (чаще всего электрического напряжения).

ГВМ — гибридные вычислительные машины или вычислительные машины комбинированного действия — работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целе­сообразно использовать для решения задач управления сложными быстродейству­ющими техническими комплексами.

В экономике,в науке и технике получили подавляющее применение ЦВМ с электрическимпредставлением дискретной информации — электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислитель­ными машинами (ЭВМ).

3. Классификация компьютеров поэтапам создания и элементной базе.

Основные этапы и тенденции развития компьютеров, их аппаратных и программных средств - (Слайд 2)

По этапам создания и элементной базе компьютеры условно делятся на поколения:

1-е поколение, 50-е годы: ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

Основным активным элементом компьютеров первого поколения являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной ап­паратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Для построения оперативной памяти уже с середины 50-х годов нача­ли применяться специально разработанные для этой цели элементы - ферритовые сердечники. В каче­стве устройств ввода-вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, транс­миттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем спе­циально были разработаны электромеханические запоминающие ус­тройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и быстродейству­ющие печатающие устройства.

Компьютеры этого поколения имели значительные размеры, по­требляли большую мощность, имели сравнительно малое быстродей­ствие, малую емкость оперативной памяти, невысокую надежность работы. Быстродействие этих машин составляло от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду, емкость памяти - несколько тысяч машинных слов, надежность исчислялась несколькими часами работы.

В них автоматизации подлежал только шестой этап, так как здесь практически отсутствовало какое-либо программное обеспечение. Все пять предыдущих пользователь должен был готовить вручную самостоятельно, вплоть до получения машинных кодов программ. Трудо­емкий и рутинный характер этих работ был источником большого количества ошибок в заданиях. Поэтому в ЭВМ следующих поколе­ний появились сначала элементы, а затем целые системы, облегчаю­щие процесс подготовки задач к решению.

2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).

На смену лампам в машинах второго поколения (начало 60-х го­дов XX в.) пришли транзисторы. Компьютеры стали обладать боль­шими быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Все основные характеристики возросли на 1-2 порядка. Существенно были уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность. Боль­шим достижением явилось применение печатного монтажа. Повыси­лась надежность электромеханических устройств ввода-вывода, удель­ный вес которых увеличился. Машины второго поколения стали обла­дать большими вычислительными и логическими возможностями.

Особенность машин второго поколения - их дифференциация по применению. Появились компьютеры для решения научно-техничес­ких и экономических задач, для управления производственными про­цессами и различными объектами (управляющие машины).

Наряду с техническим совершенствованием ЭВМ развиваются методы и приемы программирования вычислений, высшей ступенью которых является появление систем автоматизации программирова­ния, значительно облегчающих нелегкий труд математиков-програм­мистов. Большое развитие и применение получили алгоритмические языки (Алгол, Фортран и др.), существенно упрощающие процесс подготовки задач к реше­нию. С появлением алгоритмических языков резко сократились шта­ты чистых программистов, поскольку составление программ на этих языках стало под силу самим пользователям.

3-е поколение, 70-е годы: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни — тысячи транзисторов в одном корпусе).

Третье поколение ЭВМ (в конце 1960-х - начале 1970-х годов) характеризуется широким применением интегральных схем.

Интегральная схема — электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число актив­ных элементов (диодов и транзисторов) - представляет собой законченный логический и функ­циональный блок, соответствующий достаточно сложной транзистор­ной схеме.

Благодаря использованию интегральных схем удалось улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Вычислительная техника стала иметь широкую номенклатуру уст­ройств, позволяющих строить разнообразные системы обработки дан­ных, ориентированные на различные применения. Этому способствовало также применение т.н. многослойного печатного монтажа.

В компьютерах третьего поколения значительно расширился на­бор различных электромеханических устройств ввода и вывода ин­формации. Отличительной особенностью развития программных средств этого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения (ПО) и развития его ядра - операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом. Имен­но здесь слово «ЭВМ» все чаще стало заменяться понятием «вычис­лительная система», что в большей степени отражало усложнение как аппаратурной, так и программной частей ЭВМ.

Операционная система (ОС) планирует последовательность рас­пределения и использования ресурсов вычислительной системы, а так­же обеспечивает их согласованную работу.

Под ресурсами обычно понимают те средства, которые используются для вычислений:

· ма­шинное время отдельных процессоров или ЭВМ, входящих в систему;

· объемы оперативной и внешней памяти;

· отдельные устройства,

· ин­формационные массивы;

· библиотеки программ;

· отдельные программы, как общего, так и специального применения и т.п.

В машинах третьего поколения существенно расширены возмож­ности по обеспечению непосредственного доступа к ним со стороны абонентов, находящихся на различных, в том числе и значительных (десятки и сотни километров) расстояниях. Удобство общения абонента с машиной достигается за счет развитой сети абонентских пунктов, связанных с ЭВМ информационными каналами связи, и соответству­ющего программного обеспечения.

4-е поколение, 80-90-е годы: компьютеры на больших и сверхбольших интег­ральных схемах, основная из которых — микропроцессор (сотни тысяч — де­сятки миллионов активных элементов в одном кристалле).

БИС - большие интегральные схемы содержат плотно упакованные активные элементы. Все электронное оборудование компьютера 1-го поколения, занимавшего зал площадью 100-150 кв. м размещается в одном микропроцессоре площадью 1,5-2 кв. см. Расстояния между активными элементами в сверхбольшой интеграль­ной схеме составляют десятые доли микрона. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет несколько десятков микрон.

Для машин четвертого поколения (80-е годы XX в.) характерно при­менение большихинтегральных схем (БИС). Высокая степень интегра­ции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению надежности и быстро­действия, снижению стоимости. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы.

В недрах четвертого поколения с появлением в США микропроцес­соров (1971 г.) появился новый класс вычислительных машин - микро ЭВМ, на смену которым в 1980-х годах пришли персональные компью­ т еры (ПК). В этом классе ЭВМ наряду с БИС стали использоваться сверх­большие интегральныесхемы (СБИС) 32-, а затем 64- разрядности.

5-е поколение - настоящее время: компьютеры с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с парал­лельно-векторной структурой, одновременно выполняющих сотни последо­вательных команд программы.

6-е и последующие поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым па­раллелизмом и нейроннойструктурой, с распределенной сетью из десятков тысяч несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Производительность каждого следующего поколения компьютеров и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок. Соответствующим образом эволюционировали и компьютерные технологии (Слайд 3).

4. Классификация по принципам функционирования и использования.

Различают (Слайд 4):

· большие компьютеры ( ЭВМ ) или мэйнфреймы,

· малые компьютеры или мини - ЭВМ ,

· микрокомпьютеры или микро - ЭВМ ,

· ПК - пер­сональные компьютеры (Классификация ПК будет рассмотрена ниже).

4.1. Большие компьютеры или мэйнфреймы (mainframe).

Самые мощные компьютеры, применяющиеся для обслужива­ния очень крупных организаций и целых отраслей народного хозяйства. Штат обслуживания большой ЭВМ составляет многие десятки человек. На базе таких суперкомпьютеров создаются ВЦ - вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп.

Несмотря на широкое распространение ПК, значение больших ЭВМ не снижается. Из-за высокой стоимости их обслуживания при работе больших ЭВМ принято планировать и учитывать каждую минуту. Для экономии времени работы больших ЭВМ малопроизводительные операции ввода, вывода и первичной подготовки данных выполняют с помощью ПК, работающих в комплексе. Подготовленные данные передают на большую ЭВМ.

Центральный процессор (ЦП) — основной блок ЭВМ - блок обработки данных и вычисления результатов. ЦП и накопители представляют собой несколько стоек аппаратуры, и размещаются в отдельном помещении - т.н. гермозоне, в котором соблюдаются повышенные требования по температуре, влажности, защищенности от электромагнитных помех и пыли.

Большие ЭВМ обслуживаются следующими структурными подразделениями ВЦ:

· Группа системного программирования обеспечивает программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы. Персонал - системные програм­мисты.

· Группа прикладного программирования обеспечивает пользовательский интерфейс вычислительной системы. Персонал - при­кладные программисты.

· Группа подготовки данных.

· Группа технического обеспечения.

· Группа информационного обеспечения - создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных - библиотеки программ или банки данных.

· Отдел выдачи данных. Информация распечатывается на печа­тающих устройствах - принтерах или отображается на экранах дисплеев.

Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. При этом для повы­шения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа разделения времени.

Большие компьютерыза рубежом часто называют мэйнфреймами (mainframe); к ним относят, как правило, компьютеры, имеющие, как минимум:

· производительность, не менее 100 MIPS;

· основную память емкостью от 512 до 10 000 Мбай т;

· внешнюю память не менее 100 Гбайт;

· многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

·

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов — решение на­учно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработ­кой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительны­ми сетями и их ресурсами. Последнее направление — использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей — часто отмечается специа­листами как наиболее актуальное.

Родоначальником современных больших компьютеров, по стандартам которых в последние несколько десятилетий развивались машины этого класса в большин­стве стран мира, являются машины фирмы IBM.

1-е поколение мэйнфреймов - модели IBM 360 и IBM 370 с их архитектурой и программным обеспечением взяты за основу и при создании оте­чественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

2-е поколение мэйнфреймов (1979 год) - IBM 3090, IBM 4300;

3-е поколение мэйнфреймов (1990 год) - IBM ES/9000;

4-е поколение мэйнфреймов:

· 1997 год - малогабаритные мэйнфреймы S/390 с объемом оперативной памяти до 16 Гбайт представляли собой семейство мэйнфреймов от однопроцессорной модели с быстродействием 50 MIPS до 10- процессорной модели с быстродействием 500 MIPS. Для повышения про­изводительности можно объединять до 32 машин S/390 в т.н. кластеры.

· 1999 год - мэйнфреймы средней производитель­ности AS/400, включающая в свой состав 12 моделей. Максимальная емкость оперативной памяти нового семейства составляет 16 Гбайт, а дисковой памяти — 2,1 Тбайт..

Зарубежными фирмами рейтинг мэйнфреймов определяется по многим показате­лям:

· надежность,

· производительность;

· ёмкость основной и внешней памяти;

· время обращения к основной памяти;

· время доступа и трансфер внешних запоминающих устройств;

· характеристики кэш-памяти;

· количество каналов и эффективность системы ввода-вывода;

· аппаратная и программная совместимость с другими ЭВМ; поддержка сети и т. д.

Достаточно подробное рассмотрение мэйнфреймов обуслов­лено тем, что современному пользователю компьютера, привыкшему к повсемест­ному распространению ПК, трудно объяснить, что бывает и другая вычислительная техника. По данным экспертов, на мэйнфреймах сейчас находится около 70 % компью­терной информации; только в США установлены сотни тысяч мэйнфреймов.

4.2. Малые компьютеры или Мини - ЭВМ.

Малые компьютеры (мини- ЭВМ ) — надежные, и удобные в эксплуата­ции компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнф­реймами возможностями. Они отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью и используются крупными предприятиями, научными учреждениями, банками и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной деятельностью.

На промышленных предприятиях мини - ЭВМ управляют производственными процессами, но могут сочетать управление производством с другими задачами. документов Для организации работы с мини - ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.

Мини-компьютеры (и наиболее мощные из них супер­мини-компьютеры ) обладают следующими характеристиками:

· производительность — до 1000 MIPS;

· емкость основной памяти — до 8000 Мбайт;

· емкость дисковой памяти — до 1000 Гбайт;

· число поддерживаемых пользователей — 16-1024.

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

Основные их особенности:

· широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения;

· простая реализация многопроцессорных и многомашинных систем;

· высокая скорость обработки прерываний;

· возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-компьютеров можно отнести:

· специфичную архитектуру с большой модульностью;

· лучшее чем у мэйнфреймов соотношение производительность/цена;

Родоначальником современных мини-компьютеров можно считать компьютеры PDP-11 фирмы DEC (США), они явились прообразом и отечественных мини - ЭВМ - Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1,2,3,4,1400,1700 и т. д.

Современные супермини - компьютеры фактически догоняют по своим параметрам мэйнфреймы.

4.3. Микрокомпьютерыили Микро - ЭВМ.

Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро - ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшого штата из нескольких человек.

Необходимые системные программы обычно покупают вместе с компьютером, а разработку нужных прикладных программ заказывают более крупным ВЦ или специализированным организациям, либо покупают готовое программное обеспечение.

Микрокомпьютеры весьма многочисленны и разнообразны:

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

· Серверы (server) — мощные многопользовательские 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 (защита сети от несанкционирован­ного доступа, организация просмотра сетевых ресурсов, электронной почты и т. д.).

Отдельно рассматриваемый впоследствии подкласс - персональные компьютеры ( ПК ) - однопользовательские микрокомпьютеры, удовлет­воряющие требованиям общедоступности и универсальности применения. Рабочие станции (workstation) представляют собой однопользовательские мик­рокомпьютеры, часто специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и т. д.).