Классификация ЭВМ
Компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса являются форма представления информации, с которой они работают.
- ЦВМ – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
- АВМ — 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 – 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.
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
Наиболее широкое распространение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами.
2 подход к классификации средств вычислительной техники
Еще десятилетие назад в основном использовалась классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию.
СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.
Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.
Классификация
Классификация На данный момент существует огромное количество разнообразных вирусов. В базе одной из самых популярных отечественных антивирусных программ – Антивирус Касперского – присутствует уже более 100 тыс. записей о всевозможных вирусах и их разновидностях. Все
Классификация вирусов Следующая классификация, как мы надеемся, поможет сориентироваться в многообразии и особенностях вирусов. В ее основе лежит оригинальная классификация вирусов «Лаборатории Касперского».По среде обитания вирусы можно разделить на:– файловые
Быстродействие компьютеров
Быстродействие компьютера напрямую зависит от его вычислительной мощности, то есть скорости выполнения определённых операций за единицу времени. Называется эта величина – «флопс».
На практике, скорость сильно зависит от многих дополнительных условий: типа задачи, которая выполняется на компьютере, частого обмена данными между составляющими системы и т. п. Поэтому в качестве этого параметра принимают пиковую скорость вычислений – некое гипотетическое число, которое характеризует максимально возможную скорость выполнения операций.
Например, к суперкомпьютерам относят устройства, способные выполнять вычисления со скорость более 10 терафлопсов (это десять триллионов флопсов). Для сравнения, средний бытовой, персональный компьютер работает со скоростью приблизительно 0.1 терафлопса.
Для того чтобы оценить практическое быстродействие компьютерных устройств разработаны специальные тесты (на компьютерном сленге их часто называют «бенчмарки») в основу которых положены специальные математические вычисления. Производительность персональных компьютеров, оценивают, как правило, с точки зрения всех составляющих его компонентов для получения итоговой, усреднённой оценки его быстродействия.
Рабочие станции
Какие бывают компьютеры еще? В кругах ученых и специалистов разных сфер производства стали популярными рабочие станции. Эти системы представлены комплексом аппаратных и программных средств. Рассчитано такое оборудование на специализированные задачи.
Под рабочей станцией могут подразумевать разное оборудование. Например, так можно назвать рабочее место специалиста. Рабочая станция в этом случае состоит из компьютера или терминала, необходимого ПО, а также любого другого дополнительного оборудования.
Также рабочей станцией часто называют персональный компьютер, входящий в состав ЛВС относительно сервера.
Класс больших компьютеров
Изучив эту тему, вы узнаете:
— о группе серверов и их назначении;
— о группе суперкомпьютеров и их назначении.
История развития компьютерной техники началась с создания большой ЭВМ. Элементная база больших ЭВМ прошла большой путь от электронно-вакуумных ламп до сверхбольших интегральных схем (СБИС). В этом классе выполнить четкое разделение на подклассы в настоящее время несколько затруднительно. И вот почему.
В связи с развитием и внедрением во все сферы нашей жизни компьютерных сетей происходит смещение акцентов по приоритетам и назначению в классе больших компьютеров. Особенно явно наметилась тенденция использования больших компьютеров в сетях, что в недалеком будущем, скорее всего, несколько изменит представление о сфере использования сверхмощных ЭВМ.
На сегодняшний день в данном классе можно выделить две группы — серверы и суперкомпьютеры.
Серверы
Сервер (server) представляет собой мощный компьютер, используемый в вычислительных сетях, который обеспечивает обслуживание подключенных к нему компьютеров и выход в другие сети. На сервере хранятся большие объемы информации, которыми пользуются подключенные к нему компьютеры. В наши дни это направление компьютерной техники интенсивно развивается.
Группа серверов насчитывает множество моделей разного уровня мощности. Некоторые из них можно отнести к классу малых машин, другие настолько мощны, что представляют собой суперкомпьютеры. Сервером может быть любой компьютер, оснащенный необходимыми программами и устройствами. Например, сервер средней производительности можно создать из компонентов персональных компьютеров. При этом его цена окжется вполне приемлемой и места он займет не больше, чем обычный компьютер.
К серверу предъявляются повышенные требования по быстродействию и надежности работы. В нем должна быть предусмотрена возможность резервирования всей хранимой информации. Профилактические и ремонтные работы должны проводиться без его остановки и отключения других компьютеров.
Нередко серверы специализируются на обслуживании рабочих станций в какой-то определенной области. Например, одни из них выделяются для создания и управления базами и архивами данных, другие — для поддержки факсимильной связи и электронной почты, третьи — для управления многопользовательскими принтерами, плоттерами и др.
В зависимости от назначения выделяют такие типы серверов: сервер приложений, файл-сервер, архивационный сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, сервер телеконференций.
Сервер приложений обрабатывает запросы от всех станций вычислительной сети и предоставляет им доступ к общим системным ресурсам (базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.).
Файл-сервер (File Server, Data Server) — для работы с базами данных, для использования хранящейся на нем информации. Он имеет надежные отказоустойчивые дисковые накопители с большими объемами (до терабайта).
Архивационный сервер (Storage Express System) — для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях. Он использует накопители на магнитной ленте (стримеры) со сменными картриджами емкостью до 5 Гбайт. Обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование информации от подключенных серверов и рабочих станций.
Факс-сервер (Net SatisFaxion)— для организации эффективной многоадресной факсимильной связи, с несколькими фак- смодемными платами, со специальной защитой информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электронных факсов.
Почтовый сервер (Mail Server) — то же, что и факс-сервер, но для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.
Сервер печати (Print Server, Net Port) — для эффективного использования системных принтеров.
Сервер телеконференций — компьютер, имеющий программу обслуживания пользователей телеконференциями и новостями, он также может иметь систему автоматической обработки видеоизображений и др.
Как вы знаете, назначение всякого компьютера определяется программным обеспечением. Поэтому любой компьютер, если установить на нем соответствующее сетевое программное обеспечение, может стать сервером. Кроме того, один компьютер способен одновременно выполнять несколько функций — быть, к примеру, почтовым сервером, сервером новостей, сервером приложений и т. д.
В этой группе компьютеров можно выделить суперсерверы. Они нужны, когда данные требуется хранить централизованно, но в то же время информация должна быть доступна большому числу пользователей. Суперсерверы по своим характеристикам приближаются к суперкомпьютерам.
Суперкомпьютеры
Первые суперкомпьютеры (модели Cray) стала выпускать компания Cray Research в середине 70-х годов (рисунок 26.1). Их быстродействие составляло порядка нескольких десятков или сотен миллионов операций в секунду, что по тем временам воспринималось как чудо. Это стало новой вехой на пути развития вычислительной техники, так как была предложена иная, по сравнению с существующей фон-неймановской, архитектура и организация работы всех устройств.
Идея построения суперкомпьютера базировалась на том, что надо уменьшить расстояние между всеми электронными компонентами, а также организовать работу не на одном процессоре, а сразу на нескольких — параллельно. В компьютерах фон-неймановской архитектуры каждая операция, необходимая для решения задачи, находится в ожидании своей очереди занять процессор. Вспомните, что такое последовательный (линейный) алгоритм, и вам станет понятна суть такой организации работы.
В суперкомпьютерах используется иной мультипроцессорный (многопроцессорный) принцип обработки информации.
Основная идея создания мультипроцессорной обработки — разделение решаемой задачи на несколько параллельных подзадач или частей. Каждая часть решается на своем процессоре. За счет такого разделения существенно увеличивается производительность. Параллельное вычисление особенно эффективно в тех задачах, где применяется большое количество операций с таблицами. Так, например, при суммировании чисел в таблице скорость расчетов может возрасти более чем в десять раз по сравнению с однопроцессорным компьютером.
В том случае, когда мультипроцессорную систему используют для решения задач, которые не удается разделить на части, возможен другой принцип организации структуры — конвейерный.
Рис. 26.1. Суперкомпьютер Cray
Поясним этот принцип на понятном каждому примере. Представим себе работу обычного конвейера на сборке, скажем, автомобиля. Технология сборки состоит из выполнения определенных операций каждым рабочим на своем месте. Кто-то прикру чивает колеса, кто-то навешивает двери, кто-то устанавливает двигатель и т. д. Чем проще операции, на которые разбит процесс, тем больше надо рабочих мест, тем выше скорость работы и больше объем выпуска продукции.
Аналогично осуществляется конвейерный принцип и в мультипроцессорной системе. Общая задача разбивается на ряд элементарных участков, каждый из которых будет решаться на своем процессоре. Участков программы столько, сколько процессоров. Каждый из них приступает к действию после окончания работы предыдущего и выполняет только определенную функцию. Управляющая программа определяет, какие и сколько процессоров надо выделить для решения очередной задачи, по какой программе будет работать каждый процессор. В результате для каждой задачи выделяется свой набор процессоров, причем любой из них настроен на выполнение какого-то одного участка работы. Из этого следует, что каждая задача образует свою структуру компьютера. Так возникло понятие виртуальной (условной) машины (VM — virtual machine), архитектура которой определяется структурой задачи.
В ближайшие годы ожидается появление суперкомпьютера с такими характеристиками:
♦ быстродействие порядка 100 ООО МФЛОПС;
♦ объем оперативной памяти — 10 Гбайт;
♦ объем дисковой памяти — от 1 до 10 Тбайт;
♦ разрядность — 64; 128 бит.
По прогнозам аналитиков, потребность в суперкомпьютерах со временем будет сокращаться. Все меньше и меньше находится желающих тратить миллионы долларов на приобретение таких компьютеров. Более дешевые малые компьютеры из года в год постоянно наращивают свои вычислительные мощности и уже во многом не уступают ранним моделям суперкомпьютеров. Это связано с тем, что идеи мультипроцессорной обработки успешно реализуются и в компьютерах других классов. Следует ожидать, что постепенно суперкомпьютеры станут выполнять роль суперсерверов.
Контрольные вопросы и задания
1. По какому признаку из класса больших компьютеров можно выделить две группы?
2. Что такое сервер?
3. Назовите основные типы серверов и их назначение.
4. Может ли один компьютер одновременно выполнять функции нескольких серверов?
5. Что такое суперкомпьютер?
6. Назовите основные идеи, заложенные в основу архитектуры суперкомпьютера.
7. Как вы понимаете принцип конвейерной обработки информации?
8. Как вы понимаете принцип параллельной обработки информации?
9. Что такое виртуальный компьютер?
10. Какие существуют прогнозы относительно направлений развития суперкомпьютеров и серверов?
4 Внешние устройства персонального компьютера
Внешние (периферийные) устройства подключаются снаружи к системному блоку через порты (специальные разъёмы на задней стенке системного блока). Внешними являются некоторые устройства для длительного хранения информации и, как правило, большинство устройств ввода/вывода информации: монитор, клавиатура, принтер, звуковые колонки, сканер и т. д. Они предназначены для ввода данных в компьютер и вывода результатов их обработки пользователю.
Клавиатура — панель с клавишами, предназначенная для ввода числовой и текстовой информации (рисунок 12).
Рисунок 12 – Клавиатура
Она подключается к специальному СОМ-порту на задней стенке системного блока и, как стандартное устройство, не нуждается в поддержке специальными системными программами (драйверами).
Необходимое программное обеспечение имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода/вывода (BIOS), поэтому клавиатура готова к работе сразу после включения.
При нажатии на клавишу или на комбинацию клавиш микросхема, встроенная в клавиатуру, выдаёт скан-код, который поступает в микросхему, связывающую клавиатуру с процессором. Последний определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду, и отправляет полученный код символа в буфер клавиатуры (небольшая область памяти). Символ хранится в буфере, пока его не заберёт программа, которой он предназначался, например, текстовый редактор.
Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, подразделённых по назначению на группы: функциональные, алфавитно-цифровые, служебные, клавиши управления курсором, клавиши дополнительной панели.
Чтобы при многочасовой работе на компьютере снизить утомляемость, производители предлагают эргономичные клавиатуры — изогнутые, с валиком для кистей рук и др. Выпускаются также клавиатуры со встроенным манипулятором (трекбол, заменяющий мышь), инфракрасные и радиоклавиатуры.
Мышь — это ручной манипулятор, позволяющий перемещать по экрану монитора указатель (курсор) и таким образом выбирать и выполнять команды.
Мышь, в отличие от клавиатуры, не имеет выделенного порта для подключения к материнской плате. Подключают её в один из стандартных портов — COM или PC/2, средства для работы с которыми есть в составе BIOS. При этом нужен драйвер мыши (специальная системная программа), предназначенная для интерпретации сигналов, поступающих через порт.
Мышь имеет, как правило, две кнопки (реже три). Левая кнопка (исполнительная) используется наиболее часто, правая кнопка (контекстная) — кнопка параметров и выбора специальных функций, которые пользователь может задать сам. Если мышь между кнопками имеет маленькое колёсико (скроллинг), то оно в сочетании со специальным программным обеспечением позволит выполнить полезные дополнительные функции (постраничная прокрутка текстов, например).
Существует несколько видов мышей:
- Самые простые и дешёвые оптико-механические мыши быстро выходят из строя и требуют замены.
- Оптические мыши более дорогие, но и более надёжные.
- Инфракрасные беспроводные мыши удобны тем, что не требуют соединения с системным блоком.
- Радиомышь, которая работает она на батарейках или аккумуляторах.
Кроме того, сейчас развивается технология Bluetooth (также беспроводная), и уже существуют мыши, работающие на основе этой технологии.
Сканер предназначен для перевода изображений с прозрачного или непрозрачного материала в цифровой вид и для введения уже «оцифрованной» информации в компьютер (рисунок 13).
Рисунок 13 – Сканеры
Различают следующие виды сканеров:
- Самые распространённые из них — планшетные сканеры — позволяют вводить в компьютер графическую информацию с прозрачного или непрозрачного материала.
- Ручные сканеры, которые отличаются лишь тем, что перемещение линейки с фиксирующими элементами ПЗС осуществляется вручную, поэтому равномерность и точность сканирования неудовлетворительные.
- Барабанные сканеры, в которых исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Такие сканеры обеспечивают наивысшее разрешение — 2400–5000 dpi благодаря применению вместо ПЗС фотоэлектронных умножителей. Они позволяют сканировать фотонегативы, слайды.
Качество отображения «картинки» (текста или изображения) определяется основными характеристиками монитора.
Принтер — устройство, предназначенное для печати информации на листе бумаги или на прозрачном носителе (рисунок 14). Принтеры бывают цветные и чёрно-белые. По способу печати различают принтеры матричные, струйные и лазерные.
Рисунок 14 — Печатающие устройства ПК: а — струйный;
б — многофункциональное устройство (принтер + сканер + копир)
У матричных принтеров печатающая головка создаёт изображение на бумаге с помощью иголок и красящей ленты. Причём качество печати зависит от числа иголок в печатающей головке. Наиболее распространены 9- и 23-игольчатые матричные принтеры. Матричные принтеры относительно дешёвые, но очень шумные, имеют низкую производительность (измеряется в знаках — символах, печатаемых в секунду) и разрешающую способность (число печатаемых точек на дюйм — dpi).
Струйные принтеры рисуют с помощью чернильных капель, выбрызгивающихся из маленьких сопел под большим давлением. Диаметр образованных таким образом капелек в десятки раз меньше диаметра точки, создаваемой иголкой матричного принтера. Поэтому качество отпечатков, даваемых струйными принтерами, значительно выше. Кроме того, такие принтеры практически не шумят, дёшевы по цене, позволяют с помощью дополнительных (от 3 до 7) цветных чернил реализовать цветную печать.
В лазерном принтере печатающим устройством является барабан — на нём в соответствии с передаваемым на печать изображением формируются различным образом заряженные участки, к которым притягиваются мелкие частицы красящего порошка. Затем валик, прокатывая бумагу, переносит краску на её поверхность. Лазерные принтеры имеют наивысшие производительность (время печати одной страницы текста порядка 10 с) и разрешающую способность (от 600 и 1200 до 4800 dpi). Они бесшумны и экономичны (стоимость оттиска в 10 раз меньше, чем у струйных), но по сравнению с остальными видами принтеров дороги — даже чёрно-белые, не говоря уже о цветных, которые ещё дороже.
Существуют и другие устройства вывода информации, которые используются реже. К ним относят плоттер, колонки, мультимедийные проекторы и т.д.
