Определение и функции процессора, памяти, шины, устройств ввода-вывода ПК

Классификация компьютеров (ЭВМ)

Классификация и развитие вычислительной техники.

ЭВМ - это электронное устройство, способное автоматически принимать перерабатывать, хранить, накапливать, обновлять и выдавать информацию.

Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (США, 1946 г.) Первой вычислительной машиной в СССР была МЭСМ, построенная под руководством академика Лебедева в 1951 г.

Первой серийно выпускавшейся ЭВМ в США стала IBM – 701(1951 г.), в СССР ЭВМ БЭСМ – 1 (1952 г.)

Развитие вычислительной техники обычно принято привязывать к изменению элементной базы, на которой она строится, в связи с этим можно выделить несколько поколений ЭВМ:

1. Поколение начало 50-х годов. Элементная база – электронные лампы. Техника этого поколения характеризовалась низкой надежностью, большими габаритами, высоким энергопотреблением, программированием в кодах.

2. Поколение конец 50-х начало 60-х. Элементная база – полупроводники. Повысилась надежность работы, уменьшилось энергопотребление были разработаны первые алгоритмические языки.

3. Поколение 60-е первая половина 70-х годов. Элементная база первые интегральные микросхемы, многослойный печатный монтаж. Резкое уменьшение габаритов вычислительной техники, дальнейшее повышение надежности, быстродействия. ЭВМ применяются в промышленных масштабах, организован доступ с удаленных терминалов.

4. Поколение конец 70-х начало 80-х годов. Элементная база – микропроцессоры, большие и сверх большие интегральные микросхемы. Дальнейшее уменьшение размеров, повышение быстродействия ЭВМ их надежности. Начало выпуска персональных компьютеров.

5. Поколение наши дни. Ведутся исследования в области оптоэлектроники и построению на ее базе ЭВМ, разрабатываются новые поколения интеллектуальных систем, развивается концепция сетевых вычислений.С 1991 г. началась разработка ПЭВМ пятого поколения, отличительной особенностью которого стало стремление повысить интеллектуальность вычислительной системы за счет перехода от обработки данных к обработке знаний.

В составе вычислительных систем 5-го поколения появились новые виды ЭВМ и программного обеспечения (ПО): машины баз знаний, машины логического вывода, естественно языковый (ЕЯ) интерфейс. В конструкцию ЭВМ и ПО стали активно внедряться элементы самообучения, самонастройки, адаптации. Более сильно проявилась тенденция отказа от принципов фон-Неймана, машины стали разделятся на ЭВМ фон-Неймановской архитектуры (для вычислений) и не фон-Неймановской архитектуры (в основном для логической, интеллектуальной обработки информации).

В настоящее время работа над 5-ым поколением ЭВМ не завершена - трудности интеллектуализации ЭВМ оказались слишком большими, выяснилась недостаточная проработанность основных положений "искусственного интеллекта", ограниченность наших знаний о природе и закономерностях мышления. Но многие разработки, выполненные для вычислительных систем 5 поколения, стали использоваться в ЭВМ и ПО машин фон-Неймановской архитектуры, существенно повысилась их производительность, надежность и эффективность.

Классификация ЭВМ может производиться по различным признакам. По форме используемых сигналов все ЭВМ делятся на три группы: аналоговые, цифровые и комбинированные (гибридные или аналого-цифровые).

Аналоговые вычислительные машины находят свое применение для выполнения вычислений на основе специальных разделов высшей математики (интегральное исчисление, операционное исчисление, преобразования Фурье, и др.), для управления объектами, поведение которых описывается на языке тех же разделов, для математического моделирования поведения сложных объектов и процессов (замена натурных экспериментов математическим моделированием). Основными недостатками аналоговых ВМ являются низкая точность вычислений (3-4 десятичных знака) и большая продолжительность подготовки такой ЭВМ к работе (программирование машины).

Цифровые ВМ (ЦВМ) позволяют обрабатывать различные виды информации, закодированной в цифровом виде. По функциональным возможностям они делятся на универсальные и специализированные. Универсальные ЭЦВМ предназначены для решения любых задач, поддающихся алгоритмизации, имеют для этого универсальную систему команд, и возможность конфигурировать систему под конкретные условия применения. Специализированные ЦВМ предназначены для решения конкретного класса задач (например, машины для решения раскройной задачи, для управления движением поезда, АРМ операциониста банка, и др.). Основные достоинства ЦВМ - их универсальность, возможность обработки на них различных видов информации, малое время подготовки (перенастройки) ЭВМ для решения новой задачи, практически неограниченная точность вычислений.

· супер ЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных;

· большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров;

· средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов;

· персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня;

· встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети. Согласно ему классификация принимает вид:

· мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми хранилищами информации;

· кластерные структуры;

· серверы;

· рабочие станции;

· сетевые компьютеры.

Мощные машины и вычислительные системы предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.

Кластерные структуры представляют собой многомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность, надежность, готовность и другие характеристики.

Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, почтовые, коммуникационные, Web-серверы и др.

Термин "рабочая станция" отражает факт наличия в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПЭВМ, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.

Сетевые компьютеры (СК) представляют собой упрощенные персональные компьютеры, вплоть до карманных ПК. Они становятся еще одним стандартом, объединяющим целый класс компьютеров, который получает массовое производство и распространение.

Встроенные компьютеры - это ЭВМ, используемые в качестве узлов для управления некоторым устройством или обработки измерений.

ПК - называется диалоговая система индивидуального пользования, реализуемая на базе микропроцессорных средств, малогабаритных внешних запоминающих устройств и устройств регистрации данных, обеспечивающая доступ ко всем ресурсам ЭВМ посредством развитой системы программирования на базе языков высокого уровня.

Согласно спецификации PC99 персональные компьютеры разделены на пять подвидов.

1. Потребительские - процессор 300 МГц, ОЗУ 32 Мб.

2. Деловые ПК, бизнес ПК - процессор 300 МГц один или несколько, ОЗУ 32-64 Мб.

3. Развлекательные - процессор 300 МГц один или несколько, ОЗУ 64 Мб.

4. Рабочие станции - процессор 400-450 МГц один или несколько, ОЗУ 128 Мб контроль ошибок.

5. Мобильные ПК - процессор 233 МГц, ОЗУ 32 Мб.

мини и малые ЭВМ, а также ЭВМ так называемого среднего класса или средние ЭВМ (Minicomputers или Midrange). Часто их называют серверами (server), так как они используются в качестве ЭВМ, выполняющих определенные функции по обслуживанию многочисленных пользователей (обычно от 2 до 32, для мини-ЭВМ, от 32 до 128 - для среднего класса).

Мини-компьютеры и ЭВМ среднего класса дороже по цене, детальнее и больше любой ПЭВМ по размерам.

Они обычно используются для автоматизации управления, решения экономических задач и в качестве сетевых серверов в средних и больших субъектах экономики информационного общества и в соответствующих многопользовательских информационных системах, связывающих большие объемы информации и значительное число информационных работников. Наиболее мощные ПЭВМ могут также использоваться в качестве серверов.

Большие ЭВМ (Mainframes) так называемые суперкомпьютеры (Supercomputers) значительно дороже по цене (средняя стоимость до 1 млн. долларов) больше по размеру и производительности, чем все остальные компьютеры, а количество пользователей от 128 (для больших ЭВМ) и неограниченно для суперкомпьютеров.

Большие ЭВМ представляют собой универсальные компьютеры общего назначения, либо высокоскоростные ЭВМ для научных исследований, средняя стоимость которых достигает 1 млн. долларов. В экономике такие компьютеры используются в основном на самом высоком уровне управления экономикой информационного общества, а также в качестве серверов в системах массового обслуживания (например, системах бронирования и резервирования авиабилетов и туристических маршрутов, в банковских системах и т.д.). К этому классу серверов относятся и некоторые наиболее мощные компьютеры среднего класса.

Суперкомпьютеры представляют собой универсальные ЭВМ, в основном предназначенные для решения задач, требующих очень длительных и очень сложных вычислений. Суперкомпьютеры могут выполнять миллиарды операций в секунду и используются для моделирования различных сложнейших явлений и процессов, происходящих в природе и информационном обществе, прогнозирования погоды и моделирования сложных химических и биологических систем, для исследования вселенной и изучения нейросетей человеческого мозга.

Компьютер — это электронной прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных. Наиболее распространенным синонимом слова “компьютер” является термин “электронная вычислительная машина” (ЭВМ).

ЭВМ - комплекс аппаратных (технических) средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач, посредством выполнения задаваемой соответствующей программой последовательности операций.

Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ. В поледующих разделах учебника эти вопросы подробно рассматриваются.

Структурная схема ПК. Взаимодействие основных блоков в процессе работы.

Теперь мы переходим к рассмотрению функциональной схемы ПК.

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок, и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Достоинствами ПК являются:

· относительно невысокая стоимость;

· автономность эксплуатации не требующая специальных помещений;

· гибкость архитектуры, обеспечивающая приспосабливаем ость базовой модели к различным требованиям пользователя;

· «дружественность» системы при общении облегчающая работу с компьютером без специальной подготовки;

· высокая надежность.

·

Теперь давайте рассмотрим функциональную схему ПК.

Рассмотри состав и назначение основных блоков ПК.

Внешне компьютер можно условно разделить на три части:

· системный блок, содержащий большинство электроники ответственной за работоспособность ПК;

· монитор, устройство отображения визуальной информации;

· клавиатура, позволяющая вводить в компьютер информацию и управляющие команды.

Давайте каждую из этих частей рассмотрим более подробно.