Классификация ЭВМ

Сравнительные характеристики эвм разных поколений таблица. Поколения компьютеров: краткое описание

Этот принцип реализован наличием ОЗУ. Это принципиально важное решение, т.к. первоначально автоматические вычислительные устройства разрабатывались так, что команды либо поступали из устройства ввода, либо зашивались прямо в электрические схемы, и для решения новой задачи надо было перепаивать схемы. Еще Чарльз Бэббидж предполагал, что на “складе” (памяти) должны храниться только числа, а команды должны вводиться при помощи перфокарт. Решение, что команды и данные хранятся в памяти на равноправных началах, было реализовано в первых электронно-вычислительных машинах.

Этот принцип реализован наличием УУ. Принцип программного управления заключается в том, что компьютер работает по программе, хранящейся в памяти. Программа состоит из команд (ссылка на рисунок).

Классификация ЭВМ по этапам создания.

По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:

• Первое поколение, 50-е годы; ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

• Второе поколение, 60-е годы; ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).

• Третье поколение, 70-е годы; ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

• Четвертое поколение, 80-е годы; ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах – микропроцессорах (десятки тысяч – миллионы транзисторов в одном

• Пятое поколение, 90-е годы; ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

• Шестое и последующие поколения; оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейтронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейтронных биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предыдущими существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.

Признаки ЭВМ

Ключевым принципиальным критерием отнесения вычислительного устройства к категории ЭВМ, или компьютера, эксперты называют программируемость. Этим соответствующего типа машины, в частности, отличаются от калькуляторов, какими бы мощными последние ни являлись. Даже если речь идет о программировании на очень низком уровне, когда используются «нули и единицы» – критерий в силе. Соответственно, как только были изобретены машины, быть может, по внешним признакам сильно схожие с калькуляторами, но которые можно было программировать – их стали именовать компьютерами.

Под термином «поколение ЭВМ» понимают, как правило, принадлежность компьютера к конкретной технологической формации. То есть, той базе аппаратных решений, на основе которой ЭВМ работает. При этом, исходя из критериев, предлагаемых IT-экспертами, деление компьютеров на поколения далеко не условное (хотя, конечно, есть и переходные формы компьютеров, которые сложно однозначно отнести к какой-либо конкретной категории).

Завершив теоретический экскурс, мы можем начать изучать поколения ЭВМ. Таблица, что ниже, поможет нам ориентироваться в периодизации каждого.

Вторая половина 70 – начало 90-х

90-е – наше время

Далее мы рассмотрим технологические особенности компьютеров для каждой категории. Нами будет определена характеристика поколений ЭВМ. Таблица, что мы сейчас составили, будет дополнена другими, в которых будут соотнесены соответствующие категории и технологические параметры.

Отметим важный нюанс – нижеследующие рассуждения касаются, главным образом, эволюции компьютеров, которые сегодня принято относить к персональным. Есть совершенно иные классы ЭВМ – военные, промышленные. Есть так называемые «суперкомпьютеры». Их появление и развитие – отдельная тема.

Малые и микро

Малые современные машины с информацией работают в целях отслеживания конкретного технологического процесса. Такие используют, если необходимо обсчитать многопользовательский проект. Им нашлось место в проектировочных системах, автоматизирующих работу, в моделирующих системах, работающих над сравнительно простыми объектами. Малые машины используются, если необходимо моделировать искусственный интеллект.

Микро – это такой тип машин, в который объединены универсальные, специализированные агрегаты. Такие ПК предназначены для работы одного человека, могут поддерживать многопользовательский режим. Есть специализированные приборы, разработанные для одновременного использования разными людьми. Их называют серверами. Это мощные изделия, применяемые для обсчитывания запросов объединенных в сеть машин. Специализированные приборы, рассчитанные на одного пользователя, называют рабочими станциями. Они созданы для работы над прикладными задачами.

Универсальные многопользовательские микро – это машины, обладающие внушительными ресурсами, имеющие несколько терминалов. Есть универсальные микроагрегаты, созданные в расчете на одного пользователя. Это общедоступные приборы. Именно к ним принадлежат персональные компьютеры. В настоящее время в нашей стране чаще всего люди прибегают к типу современного ПК «Айбиэм» (IBM).

Мэйнфрейм

Мэйнфрейм (mainframe) — высокоэффективная вычислительная машина с повышенным размером оперативной памяти и жесткого диска, способна делать множество сложных вычислений одновременно и непрерывно в течение длительного времени. Основная сфера использования мэйнфреймов — коммерческие организации, центры научных исследований.

Научные исследования показывают, что при использовании глобальных информационных массивов, обработка данных будет выполняться значительно легче и экономически выгоднее с помощью мейнфрейму, чем при участии сети персональных устройств. Мэйнфрейм опережает обычные современные ПК практически по всем показателям.

Отдельно стоит уделить внимание высокой надежности самого устройства и данных, с которыми он работает. Наличие резервных составляющих устройств системы и возможность их «горячей» замены обеспечивают непрерывность работы. А стандартная величина загруженности процессора без особых усилий превышает отметку в 85% от общей мощности. Управление таким устройством происходит с помощью цепи терминалов, а с недавних пор и через сетевой интерфейс. Лидирующие позиции в производстве мэйнфреймов занимает компания IBM.

Надежность мэйнфреймов — это результат почти 60-летнего их совершенствования. Мэйнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок.

Для мэйнфреймов характерны следующие особенности:

• дублирования: резервные процессоры; запасные микросхемы памяти; альтернативные пути доступа к периферийным устройствам. Горячая замена всех элементов до каналов, плат памяти и центральных процессоров;
• целостность данных: в мэйнфреймах используется память, исправляет ошибки. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих устройства ввода-вывода информации. Дисковые подсистемы построены на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенными средствами резервного копирования, которые гарантируют защиту от потерь данных;
• рабочую нагрузку мэйнфреймов может составлять 80-95% от их пиковой производительности;
• пропускная способность подсистемы ввода-вывода мэйнфреймов разработана так, чтобы работать в среде с высоким рабочим нагрузкам на ввод-вывод;
• доступ к данным: поскольку данные хранятся на одном сервере, приложения не требуют сбора исходной информации из множества источников, не нужен дополнительный дисковое пространство для их временного хранения;
• требуется небольшое количество необходимых физических серверов и довольно простое программное обеспечение. Все это, в совокупности, ведет к повышению скорости и эффективности обработки.
• использования дискового пространства: пропускная способность ввода-вывода достаточное для загрузки процессора.

ЭВМ пятого поколения

Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:

• 1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
• 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
• 3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
• 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).

Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.

Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.

Классификация Флинна

Классификация М. Флинна [38, 303] является одной из самых ранних и наиболее известных классификацией архитектур вычислительных систем. В основу классификации положено понятие потока. Поток — это последовательность, под которой понимается последовательность данных или команд, обрабатываемых процессором. Рассматривая число потоков данных и потоков команд, М. Флинн предложил рассматривать следующие классы архитектур: MIMD, SIMD, SISD , MISD .

Single Instruction Single Data [stream] — «один поток команд, один поток данных», архитектура SISD ( ОКОД ). Описание архитектуры компьютерной системы, подразумевающее исполнение одним процессором одного потока команд, который обрабатывает данные, хранящиеся в одной памяти (рис. 2.1а.).

Multiple Data stream processing — «один поток команд, много потоков данных», архитектура SIMD ( ОКМД ). Описание архитектуры параллельной компьютерной системы, подразумевающее исполнение одной текущей команды несколькими процессорами. Эта команда выбирается из памяти центральным контроллером SIMD-системы, но работает она над разными элементами данных (чаще всего — элементами массива). Для этого каждый процессор имеет ассоциированную с ним память, где хранятся массивы однородных данных. В эту категорию попадают, в частности, векторные процессоры . (рис. 2.1б.).

Multiple Instruction Single Data [stream] — «много потоков команд, один поток данных», архитектура MISD (МКОД). Одна из четырёх возможных архитектур параллельного компьютера в классификации М. Флинна. В этой архитектуре данные подаются на набор процессоров, каждый из которых исполняет свою программу их обработки. Подобная архитектура ещё никогда не была реализована (рис. 2.1в.).

Multiple Instructions — Multiple Data [stream] — «много потоков команд, много потоков данных», архитектура MIMD (МКМД). Одна из четырёх возможных архитектур параллельного компьютера. В этой архитектуре набор процессоров независимо выполняет различные наборы команд, обрабатывающих различные наборы данных. Системы в архитектуре MIMD делятся на системы с распределённой памятью (слабо связанные системы), к которым относятся кластеры, и системы с совместно используемой памятью ( shared-memory multiprocessors ). К последним относятся симметричные мультипроцессорные системы.

В класс SISD входят однопроцессорные последовательные компьютеры. Векторно-конвейерные компьютеры также могут быть отнесены к этому классу, если рассматривать вектор как одно неделимое данное для машинной команды. Это отмечают критики этой классификации.

К классу SIMD относятся классические процессорные матрицы. В них множество процессорных элементов контролируется общим управляющим устройством. Все процессорные элементы одновременно получают от устройства одинаковые команды и обрабатывают свои локальные данные. Если рассматривать каждый элемент вектора как отдельный элемент потока данных, то к этому классу можно отнести и векторно-конвейерные компьютеры .

Класс MIMD включает в себя все многообразие многопроцессорных систем. Если рассматривать конвейерную обработку как выполнение множества команд не над одиночным векторным потоком данных, а над

множественным скалярным потоком, то в этот класс могут быть включены векторно-конвейерные компьютеры .

Классификация Флинна широко используется и сегодня для начального описания вычислительных систем.

У этой классификации есть очевидные недостатки:

• в нее четко не вписываются отдельные нашедшие применение архитектуры. Например, векторно-конвейерные компьютеры и компьютеры, управляемые потоками данных;
• класс MIMD очень перегружен: в него вошли все многопроцессорные системы. При этом они существенно отличаются по ряду признаков (числом процессоров, природе и топологией и видами связей между ними, способами организации памяти и технологиями программирования).

Несколько классификаций, предложенных позже, расширяют классификацию М. Флинна. Примером такой классификации может служить классификация Ванга и Бригса.

Поколения эвм и перспективы развития вычислительной техники

В истории развития вычислительных средств можно выделить три исторических этапа, временные рамки которых представлены в Таблица 1.

Таблица 1 Этапы развития вычислительных средств

Сравнивая эти временные периоды, можно сказать, что время, за которое человечество сделало колоссальнейший скачок от первых ЭВМ до современных супер-ЭВМ, является мигом “между прошлым и будущим”.

Период с 1945 года до сер. 90-х г.г. развития средств вычислительной техники принято разделять четыре этапа, которые характеризуются качественными изменениями в аппаратных и программных средствах. Эти этапы называют поколениями. Основные характеристики каждого поколения представлены в таблице 2. Однако, надо заметить, что границы между поколениями четко не очерчены. В процессе развития вычислительной техники разрабатывались модели ЭВМ, имеющие признаки нового поколения.

Таблица 2 Поколения ЭВМ

Хронологические границы периода

сер. 40-х — сер. 50-х гг.

сер. 50-х -сер. 60-х гг.

сер. 60-х — 70-е годы

Электронно-вакуумные лампы (в одной машине до 20 тыс. ламп)

Полупроводниковые транзисторы. Схемы монтируются на отдельных платах.

Микросхемы — электронная схема из нескольких тысяч элементов, реализующая определенную функцию (размер до 0.3 — 0.5 см2).

Микропроцессоры — интегральная схема высокой степени интеграции выполняющая функции УУ и АЛУ.

Частые перегревы, трудный поиск неисправности, замена » 2000 ламп в месяц

Перегревы устранены. При неисправности заменяется целиком плата. Большая надежность, долговечность