Типы и назначение компьютеров

Виды современных компьютеров

В современной информатике типы компьютеров различаются в зависимости от их назначения, архитектуры, размеров и функциональных возможностей.

По назначению выделяют следующие виды компьютеров:

• а) универсальные — предназначены для решения различных задач, типы которые не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются: разнообразием форм обрабатываемых данных (числовых, символьных и т.д.) при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления; большой емкостью внутренней памяти; развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода.
• б) проблемно-ориентированные — служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств.
• в) специализированные — применяются для решения очень узкого круга задач.

Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами. [8]

По размерам и функциональным возможностям различают четыре вида компьютеров: суперЭВМ, большие, малые и микроЭВМ.

СуперЭВМ являются мощными многопроцессорными компьютерами с огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком.

Большие ЭВМ (их называют мэйнфреймами от англ. mаinfrаmе) характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей одновременно могут решать свои задачи). Основное направление — решение научно-технических задач, работа с большими объемами данных, управление компьютерными сетями и их ресурсами.

Малые ЭВМ используются как управляющие компьютеры для контроля над технологическими процессами. Применяются также для вычислений в многопользовательских системах, в системах автоматизации проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта. [9]

По назначению микроЭВМ могут быть универсальными и специализированными. По числу пользователей, одновременно работающих за компьютером — много- и однопользовательские. Специализированные многопользовательские микроЭВМ (серверы — от англ. sеrvеr) являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для обработки запросов всех компьютеров сети. Специализированные однопользовательские (рабочие станции — wоrkstаtiоn, англ.) эксплуатируются в компьютерных сетях для выполнения прикладных задач. Универсальные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, оборудованными несколькими терминалами. Универсальные однопользовательские микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры — ПК. Наиболее популярным представителем ПК в нашей стране является компьютер класса IBM РС (Intеrnаtiоnаl Businеss Mасhinеs — Реrsоnаl Соmрutеr).

По конструктивным особенностям ПК делятся на стационарные (настольные — тип DеskTор) и переносные. В свою очередь переносные ПК встречаются различных типов, например, ноутбуки, органайзеры, карманные и т.д. [10]

Типы и назначение компьютеров

Существование различных типов компьютеров определяется различием задач, для решения которых они предназначены. С течением времени появляются новые типы задач, что приводит к появлению новых типов компьютеров. Поэтому приведенное ниже деление очень условно.

— встроенные компьютеры-невидимки (микропроцессоры);

— персональные компьютеры (ПК).

Суперкомпьютеры — специальный тип компьютеров, создающихся для решения предельно сложных вычислительных задач (составления прогнозов, моделирования сложных явлений, обработки сверхбольших объемов информации).

Компьютер, работающий в локальной или глобальной сети, может специализироваться на оказании информационных услуг другим компьютерам, на обслуживании других компьютеров. Такой компьютер называется сервером от английского слова serve (в переводе — обслуживать, управлять). Например, в локальной сети один из компьютеров (имеющей скоростной жесткий диск большой ёмкости) может выполнять функции файлового сервера, а другой (к которому присоединен принтер) сервера печати.

Кроме привычных компьютеров с клавиатурами, мониторами, дисководами, сегодняшний мир вещей наполнен компьютерами-невидимками. Микропроцессор представляет собой компьютер в миниатюре. Массовое распространение микропроцессоры получили и в производстве, там, где управление может быть сведено к отдаче ограниченной последовательности команд. Микропроцессоры незаменимы в современной технике. Например, управление современным двигателем — обеспечение экономии расхода топлива, ограничение максимальной скорости движения, контроль исправности и т. д. — немыслимо без использования микропроцессоров. Еще одной перспективной сферой их использования является бытовая техника.

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

Возможности ПК определяются характеристиками его функциональных блоков. Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью её свойств, существенных для пользователя.

Под архитектурой ЭВМ надо понимать ту совокупность характеристик, которая необходима пользователю. Это, прежде всего, основные устройства и блоки ЭВМ, а также структура связей между ними.

Общие принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре:

1. структура памяти ЭВМ;

2. способы доступа к памяти и внешним устройствам;

3. возможность изменения конфигурации;

4. система команд;

5. форматы данных;

6. организация интерфейса.

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

Конструктивно ПК выполнен в виде центрального системного блока, к которому через разъёмы подключаются внешние устройства: дополнительные устройства памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др.

Системный блок — центральное устройство компьютера. Остальные устройства (их называют внешние или периферийные) присоединяются к нему через разъемы и порты.

Разъемы для присоединения внешних устройств к системному блоку находятся на заднем торце системного блока. Каждый из разъемов индивидуален по своей конфигурации — перепутать кабели от периферийных устройств при подключении невозможно.

Внутри системного блока объединяющим центром является материнская плата.

Материнская плата – это основная плата компьютера и предназначена для крепления всех его основных устройств.

На материнской плате размещаются:

— центральный процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

— микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера; его параметры в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы;

— оперативная память (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер работает.

Неотъемлемым компонентом любой ЭВМ является центральный процессор. Чаще всего это большая интегральная схема, представляющая собой кремниевый кристалл в пластмассовом, керамическом или металлокерамическом корпусе, на котором расположены выводы для приема и выдачи электрических сигналов. Степень интеграции интегральной схемы определяется размером кристалла и количеством размещенных в нем транзисторов.

Основные функции микропроцессора – выполнение вычислений, пересылка данных между внутренними регистрами, управление ходом вычислительного процесса. Микропроцессор непосредственно взаимодействует с оперативной памятью и контроллерами системной платы. Главными носителями информации внутри процессора служат регистры.

Для правильной работы с внешним устройством процессору необходим посредник – контроллер, который знает, как работать с данным устройствам.

Ряд контроллеров смонтирован сразу на материнской плате, например, котроллеры клавиатуры и дисков. Другие располагаются на специальных платах, называемых адаптерами. Адаптеры устанавливаются на материнскую плату.

Из рисунка видно, что для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ используется общая шина (часто ее называют магистралью).

Шина состоит из трех частей:

1. шина данных, по которой передается информация;

2. шина адреса, определяющая, куда передаются данные;

3. шина управления, регулирующая процесс обмена информацией.

Описанную схему легко пополнять новыми устройствами — это свойство называют открытостью архитектуры. Для пользователя это означает возможность свободно выбирать состав внешних устройств для своего компьютера.

При увеличении потоков информации между устройствами ЭВМ единственная магистраль перегружается, что существенно тормозит работу компьютера. Поэтому в состав ЭВМ могут вводиться одна или несколько дополнительных шин.

Устройства внешней памяти или, иначе, внешние запоминающие устройства весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, методу доступа и т.д.

Устройства ввода данных — это устройства, которые переводят информацию с языка человека на машинный язык.

К устройствам ввода относятся:

Клавиатура – клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации;

Координатные устройства ввода — манипуляторы для управления работой курсора (Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик)

Сканер – устройство ввода и преобразования в цифровую форму изображений и текстов.

Принято выделять следующие типы сканеров:

а) планшетные – в которых сканируемый лист бумаги располагается на планшете, а его изображение считывается при помощи линейки специальных элементов, называемых приборами с зарядовой связью. Перемещение линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки;

б) ручные – которые имеют тот же принцип действия, что и планшетные, однако протягивание линейки в данном случае выполняется вручную;

в) барабанные – в которых исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью, и считывается с помощью фотоэлектронных умножителей;

г) сканеры форм – предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или вручную (налоговые декларации, результаты голосования и т.д.);

д) штрих-сканеры – это ручные сканеры, предназначенные для ввода штрих-кодов на товарах. Такие устройства применяют в торговле.

3 Типы компьютеров

Компьютерная промышленность двигается вперед как никакая другая. Главная движущая сила – способность производителей помещать с каждым годом все больше и больше транзисторов на микросхему. Чем больше транзисторов (кро­шечных электронных переключателей), тем больше объем памяти и мощнее про­цессоры. Гордон Мур, один из основателей и бывший предсе­датель совета директоров Intel, сформулировал закон технологического прогресса, известный теперь под именем закона Мура. Когда Гордон готовил доклад для одной из промыш­ленных групп, он заметил, что каждое новое поколение микросхем появляется через три года после предыдущего. Поскольку у каждого нового поколения ком­пьютеров было в 4 раза больше памяти, чем у предыдущего, стало понятно, что число транзисторов на микросхеме возрастает на постоянную величину и, таким образом, этот рост можно предсказать на годы вперед. Закон Мура гласит, что количество транзисторов на одной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев, то есть увеличивается на 60 % каждый год. Размеры микросхем и даты их произ­водства подтверждают, что закон Мура действует до сих пор.

Спектр компьютеров

Развивать компьютерные технологии исходя из закона Мура можно двумя путями: создавать компьютеры все большей и большей мощности при постоян­ной цене или выпускать одну и ту же модель с каждым годом за меньшие деньги. Компьютерная промышленность идет по обоим этим путям, создавая широкий спектр разнообразных компьютеров. Очень примерная классификация совре­менных компьютеров представлена в таблице.

Таблица – Типы современных компьютеров. Указанные цены приблизительны

Цена, доллары

Сфера применения

Часы, машины, различные приборы

Домашние компьютерные игры

Настольные и портативные компьютеры

Комплексы рабочих станций

Пакетная обработка данных в банке

Одноразовые компьютеры. В самой верхней строчке таблицы находятся микросхемы, которые приклеи­ваются на внутреннюю сторону поздравительных открыток для проигрывания мелодий типа «С Днем Рождения!», или чего-нибудь подобного.

Микроконтроллеры. Вторая категория в таблице отведена под компьютеры, которыми оснащаются разного рода бытовые устройства. Такого рода встроенные компьютеры, назы­ваемые также микроконтроллерами, выполняют функцию управления устройст­вами и организации их пользовательских интерфейсов. Диапазон устройств, работающих с помощью микрокомпьютеров, крайне широк (примеры даются в скобках):

бытовые приборы (будильники, стиральные машины, сушильные аппара­ты, микроволновые печи, охранные сигнализации);

коммуникаторы (беспроводные и сотовые телефоны, факсимильные аппа­раты, пейджеры);

периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы, приводы CD-ROM);

развлекательные устройства (видеомагнитофоны, музы­кальные центры, МРЗ-плееры, телеприставки);

формирователи изображений (телевизоры, цифровые фотокамеры, видео­камеры, объективы, фотокопировальные устройства);

медицинское оборудование (рентгеноскопические аппараты, томографы, кардиомониторы, цифровые термометры);

военные комплексы вооружений (крылатые ракеты, межконтинентальные баллистические ракеты, торпеды);

торговое оборудование (торговые автоматы, кассовые аппараты);

игрушки (говорящие куклы, приставки для видеоигр, радиоуправляемые машинки и лодки).

Игровые компьютеры (приставки). Следующая категория – игровые компьютеры. Это, по-существу, обычные ком­пьютеры, в которых расширенные возможности графических и звуковых кон­троллеров сочетаются с ограничениями по объему программного обеспечения и пониженной расширяе­мостью. Первоначально в эту категорию входили компьютеры с процессорами низших моделей для простых игр типа пинг-понга, которые предусматривали вывод изображения на экран телевизора. С годами игровые компьютеры превра­тились в достаточно мощные системы, которые по некоторым параметрам произ­водительности ничем не хуже, а иногда даже лучше персональных компьютеров.

Компании-производители стандартных игровых компью­теров имеют обыкновение расширять ассортимент своей продукции за счет пор­тативных (переносных) игровых систем, питающихся от аккумуляторов. Эти системы по своим характеристикам ближе к встроенным системам, нежели к персональным компьютерам.

Персональные компьютеры. В следующую категорию входят персональные компьютеры. Именно они ассо­циируются у большинства людей со словом «компьютер». Персональные компь­ютеры бывают двух видов: настольные и портативные (ноутбуки). Как правило, те и другие комплектуются модулями памяти общей емкостью в сотни мегабай­тов, жестким диском с данными на несколько десятков гигабайтов, приводом DVD, модемом, звуковой картой, сетевым интерфейсом, монитором с высоким разрешением и рядом других периферийных устройств. На них уста­навливаются сложные операционные системы, они расширяемы, при работе с ними используется широкий спектр программного обеспечения.

Центральным компонентом любого персонального компьютера является пе­чатная плата, на которой устанавливаются модули процессора, памяти и уст­ройств ввода-вывода (звуковая плата, модем и т.д.), интерфейсы клавиатуры, мыши, дискового привода, сетевой платы и прочих периферийных устройств, а также расширительные гнезда.

Ноутбуки, кроме своей компактности, ничем не отличаются от настоль­ных ПК. В них устанавливаются аналогичные, хотя и меньшие по размеру, аппа­ратные компоненты. По возможностям выполнения и набору программ настоль­ные и портативные компьютеры не различаются.

К персональным очень близки карманные компьютеры (PDA). Они еще меньше, чем ноутбуки, однако процессор, память, клавиатура, дисплей и боль­шинство других стандартных компонентов персонального компьютера в них присутствуют.

Серверы. Мощные персональные компьютеры и рабочие станции часто используются в качестве сетевых серверов – как в локальных сетях (обычно в пределах одной организации), так и в Интернете. Серверы, как правило, поставляются в одно­процессорной и мультипроцессорной конфигурациях. В системах из этой кате­гории обычно устанавливаются модули памяти общим объемом в несколько ги­габайтов, жесткие диски емкостью в сотни гигабайтов и высокоскоростные сетевые интерфейсы. Некоторые серверы способны обрабатывать тысячи тран­закций в секунду.

С точки зрения архитектуры однопроцессорный сервер не слишком отли­чается от персонального компьютера. Он просто работает быстрее, занимает больше места, содержит больше дискового пространства и устанавливает более скоростные сетевые соединения.

Комплексы рабочих станций. В связи с тем, что по соотношению «цена/производительность» позиции рабо­чих станций и персональных компьютеров постоянно улучшаются, в последние годы появилась практика их объединения в рамках кластеров рабочих станций (Clusters Of Workstations, COW), которые иногда называют просто «кластерами». Они состоят из нескольких персональных компьютеров или рабочих станций, подключенных друг к другу по высокоскоростной сети и снабженных специаль­ным программным обеспечением, которое позволяет направлять их ресурсы на решение единых задач (как правило, научных и инженерных). В большинстве случаев компоненты кластера – это совершенно обычные коммерческие машины, которые можно приобрести по отдельности в любом компьютерном магазине. Вы­сокоскоростные сетевые соединения, как правило, тоже можно организовать при помощи стандартных сетевых плат. Кластеры отличаются удобством масштаби­рования – любой кластер можно расширить с десятка до нескольких тысяч ма­шин. Количество компонентов кластера обычно ограничивается лишь толщиной кошелька покупателя. Поскольку компоненты кластеров достаточно дешевы, их приобретение могут себе позволить не только организации, но и их отделы.

Нередко в виде кластеров организуются веб-серверы. Если частота обраще­ний к страницам веб-сайта исчисляется тысячами в секунду, дешевле организо­вать кластер из нескольких сотен (или даже тысяч) серверов и распределить ме­жду ними нагрузку по обработке запросов. Кластеры, реализующие такую схему, часто называют серверными фермами (server farms).

Мэйнфреймы. Наконец мы дошли до больших компьютеров размером с комнату, напоминаю­щих компьютеры 60-х годов и традиционно называемых мэйнфреймами.

Обычно они работают не намного быстрее, чем мощные серверы, но у них выше скорость процессов ввода-вывода и обладают они довольно большим простран­ством на диске – 1 Тбайт и более (1 терабайт = 10 12 байт). Такие системы стоят очень дорого и требуют крупных вложений в программное обеспечение, данные и персонал, обслуживающий эти компьютеры. Многие компании считают, что дешевле заплатить несколько миллионов долларов один раз за такую систему, чем даже думать о необходимости заново программировать все прикладные про­граммы для маленьких компьютеров.

В последние годы под влиянием Интернета наблюдается возрождение мэйн­фреймов как полноценной категории компьютеров. Они заняли нишу мощных серверов Интернета, способных обрабатывать огромное количество транзакций в секунду, что крайне актуально для электронной коммерции в целом и компа­ний, вынужденных обслуживать громадные базы данных, в частности.

До последнего времени существовала еще одна крупная категория вычисли­тельных машин – суперкомпьютеры. Их процессоры работали с очень высокой скоростью, в них устанавливались модули памяти общей емкостью в несколько десятков гигабайтов, высокоскоростные диски и сетевые интерфейсы. Супер­компьютеры используются для решения различных научных и технических за­дач, которые требуют сложных вычислений, например таких, как моделирование сталкивающихся галактик, синтез новых лекарственных препаратов, моделиро­вание потока воздуха вокруг крыла аэроплана. Сейчас, когда вычислительные возможности, аналогичные тем, что предлагают суперкомпьютеры, реализуются в виде кластеров, эта категория компьютеров постепенно отмирает.