МАЛЫЕ, БОЛЬШИЕ И СУПЕР ЭВМ
Из вышеизложенного видно, что компьютер является достаточно сложным комплексом технических средств, предназначен- 11 ых для решения широкого круга задач, связанных с автоматической обработкой информации, решением вычислительных и информационных задач.
Широкая область применения породила многообразие классификационных градаций компьютеров.
По принципу действия все вычислительные машины могут быть разделены на три категории:
• цифровые — вычислительные машины дискретного действия, работающие с информацией, представленной в цифровой (дискретной) форме;
• аналоговые— вычислительные машины непрерывного действия, работающие с информацией, представленной в аналоговой форме (в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины);
• гибридные — вычислительные машины смешанного действия, позволяющие обрабатывать информацию, представленную как в цифровой, так и в аналоговой форме.
Классификация в зависимости от назначения позволяет выделить:
• универсальные электронно-вычислительные машины — предназначены для выполнения экономических, инженерных, информационных и других задач, связанных со сложными алгоритмами и большими объемами данных. Они характеризуются большой емкостью оперативной памяти, высокой производительностью, обширным спектром выполняемых задач (арифметических, логических, специальных) и разнообразием форм обрабатываемых данных;
• проблемно-ориентированные ЭВМ— обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами и служат для решения задач, связанных с управлением технологическими процессами, регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных, выполнения расчетов с относительно несложным алгоритмом;
• специализированные ЭВМ — служат для решения строго определенных групп задач. Высокая производительность и надежность работы обеспечивается наличием возможности специализировать их структуру.
Классификация по размерам и функциональным возможностям учитывает важнейшие технико-эксплуатационные характеристики компьютера, такие, как: быстродействие; разрядность и формы представления чисел; номенклатура, емкость и быстродействие запоминающих устройств; типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов; возможность работы в многопользовательском и мультипрограммном режиме; наличие и функциональные возможности программного обеспечения; программная совместимость с другими типами ЭВМ; система и структура машинных команд; возможность подключения к каналам связи и вычислительной сети; эксплуатационная надежность и др.
Согласно перечисленным выше критериям ЭВМ делятся на следующие группы:
МикроЭВМ— класс ЭВМ, действие которых основано на микропроцессорах. Внутри своего класса микроЭВМ делятся на универсальные и специализированные (рис. 1.2.2).
Рис. 1.2.2. Классификация микроЭВМ
Многопользовательские — мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать сразу нескольким пользователям.
Персональные — микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения, ориентированные на работу в однопользовательском режиме. Как уже говорилось, современные персональные компьютеры имеют два вида исполнения: настольный (стационарный) и портативный (переносной).
Портативные компьютеры представляют собой быстроразви- вающийся подкласс, который, по некоторым оценкам, в ближайшее время будет занимать превалирующие позиции среди микро-
ЭВМ. Главной отличительной чертой портативных компьютеров является наличие блока автономного питания и ZCD-монитора. Среди существующих в настоящее время портативных компьютеров различают:
• компьютеры типа Lap Тор;
• компьютеры-блокноты типа Note hook;
• карманные компьютеры типа Palm Тор;
• электронные секретари типа PDA (Personal Digital Assistant);
• электронные записные книжки (органайзеры — organizer).
Многие модели портативных компьютеров оснащаются инфракрасными оптоэлектронными портами для обеспечения беспроводного обмена информацией с другими компьютерами, а кроме традиционной клавиатуры предусмотрен «перьевой» сенсорный ввод: сенсорный экран с эмуляцией клавиатуры и указка (перо) для выбора экранных клавиш.
Серверы (server) — особо интенсивно развивающаяся группа микроЭВМ, применяемая в вычислительных сетях. Сервер представляет собой компьютер, выделенный для обработки запросов со всех станций сети, а также предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Кроме того, на сервер возлагаются функции распределителя ресурсов.
Для решения конкретных задач, связанных с устранением узких мест в работе сети, серверы часто подразделяются на следующие виды:
• сервер приложений — универсальный сервер, занимающийся обработкой запросов с рабочих станций сети, распределением и обеспечением доступа к общим ресурсам сети;
• файл-сервер — используется для работы с файлами данных, характеризуется большими объемами дисковых запоминающих устройств;
• архивационный сервер — служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях. Как правило, на такого рода серверах применяются стримеры со сменными картриджами. Сжатие и архивирование информации производится чаще всего один раз в день в автоматическом режиме по сценарию, заданному администратором;
• почтовый сервер — выделенная рабочая станция, предназначенная для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками и специализированной системой защиты от несанкционированного доступа;
• факс-сервер — выделенная рабочая станция для организации высокоэффективной многоадресной факсимильной связи. Такие компьютеры, как правило, оснащаются несколькими факс- модемными платами и специализированной системой защиты от несанкционированного доступа в процессе передачи;
• сервер печати — предназначен для организации эффективного использования системных принтеров;
• сервер телеконференций — сервер, снабженный системой автоматической обработки видеоизображений.
Рабочие станции (work station) — однопользовательские микро- ЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ.
Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) — класс ЭВМ, разрабатывающихся на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем 16, 32, 64-разрядных микропроцессоров. Компьютеры этого класса характеризуются широким диапазоном производительности в конкретных условиях применения, аппаратной реализацией большинства функций ввода-вывода информации, достаточно простой реализацией микропроцессорных и многомашинных систем, возможностью работы с форматами данных различной длины. Мини- ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Кроме того, они могут быть использованы для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, системах автоматизированного проектирования и моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.
К основным характеристикам машин этого класса относятся:
• количество процессоров (от 1 до 16);
• производительность (от 1 до 600 MIPS);
• емкость основной памяти (от 4 Мбайт до 2 Гбайт);
• емкость дисковой памяти (2-300 Гбайт);
• количество каналов ввода-вывода (до 32).
В настоящее время класс мини-ЭВМ представлен:
• модельным рядом VAX класса 8000 (VAX-8250, VAX-8820) и супермини-ЭВМ класса 9000 (VAX-9410, VAX-9430), который по своим характеристикам приблизился к классу больших ЭВМ;
• IBM-4381, НР-9000(однопроцессорные) и Wang VS-7320, ATSlT ЗВ 4000 (многопроцессорные);
• IIS-4000 — супермини-ЭВМ с характеристиками больших ЭВМ.
Большие ЭВМ (mainframe) — класс ЭВМ, предназначенных для решения научно-технических задач и задач, связанных с управлением вычислительными сетями и их ресурсами, работы в вычислительных системах с пакетной обработкой информации и большими базами данных. В последнее время наметилась тенденция использования этого класса ЭВМ в качестве больших серверов вычислительных сетей.
Основными характеристиками больших ЭВМ являются:
• производительность — не менее 10 MIPS;
• емкость основной памяти — до 10 Гбайт;
• внешняя память — не менее 50 Гбайт;
• многопроцессорность — от 4 до 8 векторных процессоров;
• многоканальность — до 256 каналов ввода-вывода;
• многопользовательский режим работы — обслуживание до 1000 пользователей одновременно.
На больших ЭВМ сейчас находится около 70% «компьютерной» информации.
К числу наиболее мощных современных разработок можно отнести: IBM ES/9000, IBM-390, IBM-4300 (США) и М-1800 (Fujitsu, Япония). Среди отечественных разработок можно выделить ЭВМ семейства ЕС: ЕС1087, ECl 130, ECl 170, которые, однако, значительно уступают своим зарубежным аналогам.
СуперЭВМ— класс мощных многопроцессорных вычислительных машин с быстродействием в десятки миллиардов операций в секунду. ЭВМ этого класса представляют собой многопроцессорные вычислительные системы и структурно делятся на следующие группы:
• магистральные (конвейерные), снабженные процессорами, одновременно выполняющими разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных. Такие системы называют системами с многократным потоком команд и однократным потоком данных (Multiple Instruction Single Data) ;
• векторные, работа которых характеризуется тем, что все их процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными, — однократный поток команд и многократный поток данных (Single Instruction Multiple Data);
• матричные, в которых процессорами одновременно выполняются действия над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных (Multiple Instruction Multiple Data).
Первая суперЭВМ — ILLIAC IV— была создана в 1972 г. Ее производительность составляла 20 млн операций над числами с плавающей точкой (MFLOPS). В настоящее время парк суперЭВМ составляет несколько тысяч экземпляров. Лидерство среди производителей этого класса компьютеров принадлежит фирме Cray Research (Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP C90). Хорошо известны на этом рынке суперкомпьютеры SX-3, SX-X (производство фирмы NEC), VP 2000 (Fujitsu), VPP 500 (Siemens). Производительность современных суперЭВМ достигает десятков тысяч MFLOPS.
Российские производители, реализуя государственную программу разработки суперкомпьютеров, представлены такими суперЭВМ, как «Электроника CC БИС»,ЕС 1191,1195,1191.10,модельным рядом «Эльбрус». Необходимо отметить, что это, как правило, собственные оригинальные разработки, которые не уступают заграничным аналогам по своим эксплуатационным характеристикам.
Малые и большие компьютеры
СуперЭВМ
К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.
Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений.
В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.
Что такое конвейеpная обработка? Приведем сравнение — на каждом рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По такому принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера. Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторные команды. Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.
Наряду с векторно-конвейерной системой обработки данных существует и скалярная система, основанная на выполнении обычных арифметических операций над отдельными числами или парами чисел. Строго говоря, системы, использующие скалярную обработку данных, по своей производительности уступают суперЭВМ, но у них наблюдаются тенденции, характерные для высокопроизводительных вычислительных систем: необходимость распараллеливания больших задач между процессорами.
Типовая модель суперЭВМ должна иметь примерно следующие характеристики:
высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием примерно 100000 МFLOPS;
емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1-10 Тбайт (1 1000Гбайт);
разрядность: 64; 128 бит.
Большие ЭВМ
Большие ЭВМ за рубежом чаще всего называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:
производительность не менее 10 MIPS;
основную память емкостью от 64 до 1000 Мбайт;
внешнюю память не менее 50 Гбайт;
многопользовательский режим работы (обслуживает одновременно от 16 до 1000 пользователей).
Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью). В нашем сознании мейнфреймы все еще ассоциируются с большими по габаритам машинами, требующими специально оборудованных помещений с системами водяного охлаждения и кондиционирования. Однако это не совсем так. Прогресс в области элементно-конструкторской базы позволил существенно сократить габариты основных устройств. Наряду со сверхмощными мейнфреймами, требующими организации двухконтурной водяной системы охлаждения, имеются менее мощные модели, для охлаждения которых достаточно принудительной воздушной вентиляции, и модели, построенные по блочно-модульному принципу и не требующие специальных помещений и кондиционеров.
Основными поставщиками мейнфреймов являются известные компьютерные компании IBM, Amdahl, ICL, Siemens, Nixdorf и некоторые другие, но ведущая роль принадлежит безусловно компании IBM. Именно архитектура системы IBM/360, выпущенной в 1964 году, и ее последующие поколения стали образцом для подражания. В нашей стране в течение многих лет выпускались машины ряда ЕС ЭВМ, являвшиеся отечественным аналогом этой системы. В архитектурном плане мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM — селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.
Они предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 — 300 рабочих мест. Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5 — 6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе. Известный мейнфрейм S/390 фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объём оперативного хранения достигает 342 Терабайт. Производительность его процессоров, пропускная способность каналов, объём оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих мест в диапазоне от 20 до 200000 с помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей. Десятки мейнфреймов могут работать совместно под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.
Малые ЭВМ
Малые ЭВМ (мини ЭВМ) — надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями
Мини — ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини — ЭВМ) обладают следующими характеристиками:
производительность — до 100 МIPS;
емкость основной памяти — 4-512 Мбайт;
емкость дисковой памяти — 2-100 Гбайт;
число поддерживаемых пользователей-16-512.
Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.
К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений.
Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов широкая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками межпроцессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.
Наряду с использованием для управления технологическими процессами мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.
Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры РDР-11 (Program Driven Processor — программно-управляемый процессор) фирмы DЕС (Digital Equipment Corporation — Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ — Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): CM 1, 2,3,4,1400,1700 и др.
Микрокомпьютеры
Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.
Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.
Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 — 10 миллионов опеpаций в сек.
Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.
Персональные компьютеры
Если склоняться к мнению, что миром правят персональные компьютеры, то в большей степени так и есть, единственно что они не правят в прямом смысле, просто их количество самое большое. Персональный компьютер, так же сокращённо упоминается ПК, полагается для работы с человеком на прямую, то есть компьютер даёт возможность получить понятную информацию для человека. ПК могут быть представлены как видами настольных компьютерных систем — Desktop, так и портативными компьютерными устройствами, некоторые из которых можно не только взять с собой скажем в дорогу, но и положить в карман. В свою очередь персональные компьютеры можно разделить на портативные и стационарные устройства.
Под типом стационарного ПК подразумевается компьютер, имеющий постоянное место, чем собственно и служит скажем компьютерный стол и не подразумевающий частой смены места. Такие компьютеры так же можно назвать рабочими станциями, ведь вычислительных мощностей хватает для выполнения определённой работы, то есть интенсивных вычислений.
Выделяются три основных типа таких устройств:
1. Настольные компьютеры или десктопы
Самыми высокопроизводительными представителями персональных компьютеров являются именно настольные компьютеры. Настольным компьютер таким называется потому, что местом размещения служит письменный, а в последующим после некоторых изменений — компьютерный стол.
Основным компонентом тут считается системный блок, обычно представляющий из себя прямоугольную коробку, чаще всего находящуюся или в верхней части стола или же в нижней. К системному блоку подключается монитор, клавиатура и мышь, все эти компоненты взаимодействуют между собой.
Системный блок является модульным устройством, что означает возможность замены каждого комплектующего – модуля, самостоятельно, тем самым изменив конфигурацию под себя.
2. Неттопы
Неттоп это минимизированная версия системного блока, кроме размеров отличается меньшим энергопотреблением и выделением шума, и как следствием в большинстве случаев меньшей производительностью. Но всё это способствует отличной интеграцией с интерьером офиса или дома. Больше о данном виде компьютеров можно узнать из материала статьи: Неттоп, что это такое.
3. Моноблоки
Моноблок является так же стационарным компьютером, но без видимого системного блока. Каркасом для такого вида компьютеров как моноблок служит один общий корпус с монитором. Все комплектующие размещаются в тыловой части, за дисплеем, что создаёт определённую эстетичность для работы за компьютером. Что такое моноблок и моноблочный компьютер, можно уточнить в одноимённой статье.
