Классификация компьютеров

Основная классификация современных компьютеров

Современные компьютеры различаются по многим критериям: размерам, возможностям, а также по назначению. Прогресс движется семимильными шагами и сегодня на полках магазинов можно найти такую технику, которую еще недавно мы ассоциировали с далеким будущим. Классификация компьютеров и ее понимание помогут потребителю совершить максимально эффективную покупку, а игнорирование подобной информации приведет к необдуманным тратам, которые не вызовут ничего кроме разочарования.

Персональный компьютер

Персональный компьютер (ПК) — предназначен для удовлетворения потребностей одного пользователя и представляет собой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Персональные компьютеры условно можно разделить на профессиональные и бытовые (домашнего использования).

Характерным для ПК являются:

• ориентация на широкое применение и наличие некоторого набора стандартных технических средств со средними значениями характеристик, которые могут быть существенно улучшены по желанию пользователя;
• автономное использование ПК и, как следствие, обязательное наличие у каждого компьютера средств ввода и отображения информации, таких как: клавиатура, мышь, монитор, принтер и др, характерных для решаемых задач;
• индивидуальное использование ресурсов ПК и незначительное использование ресурсов других компьютеров при наличии подключения к информационной сети, например, Internet.
• работа под управлением, как минимум, не сетевой операционной системы.

Рабочая станция

Рабочая станция (англ. Workstation) — комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач.

• Рабочая станция — как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройство ввода / вывода информации, отделенные часто отдаленные от управляющего компьютера), набор необходимого программного обеспечения, при необходимости может дополняться вспомогательным оборудованием: принтер, внешнее устройство хранения данных на магнитных и / или оптических носителях, сканер штрих-кода и др.
• Также термином «рабочая станция» обозначают компьютер в составе локальной вычислительной сети относительно сервера. Компьютеры в локальной сети подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных, создают документы, выполняют расчеты). Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные ресурсы всем узлам сети, в том числе и рабочим станциям.

Существуют достаточно устойчивые признаки конфигураций рабочих станций, предназначенных для решения определенного круга задач, позволяет отделять их в отдельный профессиональный подкласс: мультимедиа (обработка изображений, видео, звука), САПР (системы автоматизированного проектирования и т.д.).

Каждый такой подкласс может иметь присущие ему особенности и уникальные компоненты, например:

• большой размер монитора и / или несколько мониторов (САПР),
• быстродействующая графическая плата (обработка видео и мультипликация, компьютерные игры),
• большой объем накопителей данных,
• наличие сканера (работа с изображением),
• защищенное исполнение (вооруженные силы, секретные базы данных) и другие.

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?

2. Аппаратное и программное обеспечение персонального компьютера

Аппаратные средства (аппаратное обеспечение, или hardware) персонального компьютера представляют собой несколько сложных электронных и электронно- механических устройств. К ним относятся процессор, оперативная память, дисплей, клавиатура, внешние устройства. Аппаратные средства обеспечивают скорость обработки информации и возможность представления цифровых данных в текстовом и графическом видах.

Программные средства (программное обеспечение, или software) компьютера — это совокупность программ, позволяющих организовать обработку информации на компьютере.

Аппаратное и программное обеспечения в компьютере тесно связаны: без программ самый хороший и новейший компьютер и самое замечательное периферийное оборудование окажутся мертвым металлоломом.

Конструктивно персональный компьютер состоит из основных блоков и дополнительных устройств (периферии).

Основные блоки — устройства, которыми оснащены все без исключения компьютеры. К ним относятся:

• системный блок (рисунок 4, а);
• монитор (дисплей) — для изображения текстовой или графической информации (рисунок 4, б);
• клавиатура — для ввода в компьютер символов (рисунок 4, в);
• мышь — ручной манипулятор, обеспечивающий ввод информации
  (рисунок 4, г).

Рисунок 4 — Основные блоки персонального компьютера:

а – системный блок; б – монитор; в – клавиатура; г – мышь на коврике

Системный блок — самая важная часть компьютера. Устройства, находящиеся внутри него, называются внутренними устройствами компьютера, вне его — внешними.

Согласованность работы отдельных узлов компьютера обеспечивают аппаратно-логические устройства, называемые аппаратными интерфейсами. Многочисленные интерфейсы, используемые в компьютере, можно разделить на две группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — группами битов одномоментно. Количество битов в группе определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают порциями 8 бит = 1 байт. Так как параллельные интерфейсы обеспечивают более высокую производительность, то их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения устройств записи информации на внешний носитель, устройств ввода графической информации, печатающих устройств. Последовательные интерфейсы применяют для подключения устройств, где нет существенных ограничений по скорости обмена информацией: цифровые фотокамеры, простейшие устройства печати, мышь и некоторые другие устройства ввода/вывода информации. Скорость передачи информации через последовательные устройства измеряют в битах в секунду (бит/с, кбит/с), через параллельные — в байтах в секунду (байт/с, кбайт/с).

Способы подключения периферии к компьютеру

Подключение внутренней периферии

Внешняя видеокарта устанавливается в слот PCI-Express на материнской плате. Она имеет собственный процессор для обработки графики, и, как правило, в ней есть выходы для подключения нескольких мониторов. Более мощные модели имеют выходы для отдельных линий питания от блока питания ПК.

Современные видеокарты имеют выходы MiniDP, HDMI или VGA для подключения мониторов. Также HDMI и MiniDP позволяет передавать звук, если в мониторе есть встроенные колонки.

На заметку . Видеокарта может быть и встроенной в материнскую плату. Ее производительности вполне достаточно для простых задач: работы в офисных программах, просмотра фильмов и некоторых игр.

SATA жесткие диски подключаются к материнской плате через SATA кабель. Дополнительно к нему подается линия питания с блока питания.

M2 SSD диски подключаются напрямую к материнской плате.

Привод оптических дисков . Устанавливается в системный блок и подключается кабелем SATA к материнской плате для передачи данных и кабелем питания от блока питания.

Подключение внешней периферии

Клавиатура и мышь . Современные модели подключаются к ПК через USB кабель или беспроводной передатчик.

Но также встречаются модели с PS/2. Это устаревший вариант.

Колонки, наушники и микрофон . Аудиоустройства подключаются через аудио кабель с разъемом Jack 3.5.

Принтер, сканер, МФУ . Подключаются через специальный кабель.

Один его конец вставляется в оборудование – он имеет квадратную форму и обозначается как «тип B». Второй конец подключается к системному блоку и называется «тип А».

Классы компьютеров

Все выпускаемые компьютеры можно разделить на два класса: персональные и корпоративные. Помимо внешнего вида, основное отличие – быстродействие.

Эту характеристику по-другому называют флопс (в англоязычном варианте FLOPS или полностью FLoating-point Operations Per Second). Она означает количество определенных операций, которое может выполнить компьютер в единицу времени. Для ПК нормальной считается величина 0,1 терафлопса, у корпоративного она может доходить до 10 терафлопсов.

Практическая часть

1. Общая характеристика задачи

Предприятие ООО «Красный Октябрь» осуществляет деятельность, свя­занную с выпуском различных видов деталей для промышленного оборудо­вания. Для повышения эффективности функционирования предприятия еже­месячного производится анализ плановых и фактических показателей вы­пуска продукции. Данные фактических и плановых показателей выпуска продукции приведены (рис. 1 и 2).

5-е поколение компьютеров: настоящее и будущее

Компьютеры пятого поколения построены на технологическом прогрессе, полученном в предыдущих поколениях устройств. Реализация их планируется на улучшении взаимодействия между людьми и машиной путем использования человеческого интеллекта и баз данных, накопленных с самого начала эпохи цифровых технологий. Многие эти проекты уже внедряются, а другие все еще находятся на стадии разработки.

Классификация современных компьютеров для устройств 5-го поколения – это система, имеющая начало, но не обладающая концом, поскольку девайсы этой группы все еще находятся в разработке и изобретениях. Развитие их началось в 1990-х годах и продолжается в настоящее время. Они используют технологию широкомасштабной интеграции (VLSI).

Пионерами в ускорении AI являются Google, Amazon, Microsoft, Apple, Facebook и Tesla. Первоначальные результаты уже видны на интеллектуальных домашних устройствах, которые предназначены для автоматизации и интеграции действий в системе жизнеобеспечения дома.