Компьютер
Intel в Израиле начала разработки в области создания «компьютерного мозга»: технологии, которая будет способна к самообучению. Компьютер (англ.computer— «вычислитель») — машина для проведения вычислений. При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, большинство компьютеров способны сохранять информацию и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств выдачи информации. Своё название компьютеры получили по своей основной функции — проведению вычислений. Однако в настоящее время полагают, что основные функции компьютеров — обработка информации и управление.
Основные принципы: Выполнение поставленных перед ним задач компьютер может обеспечивать при помощи перемещения каких-либо механических частей, движения потоков электронов, фотонов, квантовых частиц или за счёт использования эффектов от любых других хорошо изученных физических явлений.
Наибольшее распространение среди компьютеров получили так называемые «электронно-вычислительные машины», ЭВМ. Собственно, для подавляющего большинства людей, слова «электронно-вычислительные машины» и «компьютеры» стали словами — синонимами, хотя на самом деле это не так. Наиболее распространённый тип компьютеров — электронный персональный компьютер.
Архитектура компьютеров может непосредственно моделировать решаемую проблему, максимально близко (в смысле математического описания) отражая исследуемые физические явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 60-х годах XX века, однако сегодня стали достаточно редким явлением.
В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в математических терминах, при этом вся необходимая информация представляется в двоичной форме (в виде единиц и нулей), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач (а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть легко сведены к математическим).
Было обнаружено, что компьютеры всё-таки могут решить не любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.
Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры и т. п.
Начинающие пользователи и особенно дети зачастую с трудом воспринимают идею того, что компьютер — просто машина и не может самостоятельно «думать» или «понимать» те слова, которые он показывает. Компьютер лишь механически отображает заданные программой линии и цвета при помощи устройств ввода-вывода. Человеческий мозг сам признаёт в изображённом на экране образы, числа или слова и придаёт им те или иные значения.
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?
Компьютер история создания и развития
Отец компьютера
Сделать автоматизированную вычислительную машину хотели еще в 19 веке, тогда Чарльз Бэббидж создал ее первый концепт. Заниматься она должна была навигационными вычислениями. Машина была бы программируемой с помощью перфокарт. Но завершить дело ему не удалось, и упрощенную версию уже закончил его сын, в 1 906 представив ее использование в вычислительных таблицах.
В сообществе, Чарльза Бэббиджа принято считать «отцом компьютера» за счет того, что он придумал концепцию и по сути опередил на столетие свое время.
Аналоговые компьютеры
Первые компьютеры были аналоговыми и позволяли решать лишь узкоспециализированные задачи. Т.е. одно такое устройство решает лишь одну определенную задачу. Строились они на механической и электронной модели. Первым из них считается устройство для прогнозирования приливов, которое разработал Уильям Томсон.
Из-за того, что использовались механические детали, сделать такие устройства мульти задачными было практически невозможно или просто очень тяжело. Часто такие устройства мы видим в разных книгах и фильмах про фантастику. Это была эпоха механических вычислительных устройств, где использовались различные шестерни, рычаги и другие, а не электронные компоненты. Если электронные компоненты и использовались, то не так как сейчас.
В 1 927 году апогеем аналоговых компьютеров стал дифференциальный анализатор, созданный Х.Л Хазеном и Ванневаром Бушем в Массачусетском технологическом институте. Сделали его на основе механических интеграторов Джеймса Томсона с использованием крутящего момента, который изобрел Х.В. Ниман. Их успели сделать около двенадцать штук пока поняли, что это уже устаревающая технология. Уже к 1 950 году цифровые электронные-компьютеры завоевали свою популярность и вытеснили аналоговые, но их еще продолжали использовать для некоторых отраслей — авиации и образования. И в течение этого же десятилетия перестали.
Цифровые компьютеры
К 1 938 году ВМС США смогли разработать и сделать электромеханический аналоговый-компьютер таких размеров, что он помещался на борт подводной лодки. Он вычислял данные для торпед, решал проблемы стрельбы по движущимся целям и т.д. Похожие устройства в дальнейшем разработали и другие страны во время Второй мировой войны.
Самые первые цифровые-компьютеры были электромеханическими. Переключатели были электрическими и приводили в действие механическое реле, чтобы осуществлять расчеты. Эти механические детали не давали большую скорость работы, поэтому в скором времени уже все такие устройства делали, используя чисто электрические компоненты.
Современные компьютеры
То, как работают современные компьютеры, принципы работы, были предложены Аланом Тьюрингом в его основополагающей работе 1936 года о вычислимых числах. Тьюринг предложил довольно несложное устройство, которое он назвал «Универсальная вычислительная машина» и которое теперь известно, как универсальная машина Тьюринга.
Он реально доказал, что его машина может вычислять все, что можно вычислить, выполняя инструкции (программы), хранящиеся на ленте, что позволяет машине быть программируемой. Фундаментальная концепция дизайна Тьюринга — это хранимая программа, в которой все инструкции для вычислений хранятся в памяти.
Машины Тьюринга по сей день являются центральным объектом изучения в теории вычислений. За исключением ограничений, налагаемых их конечными хранилищами памяти. Современные компьютерные машины, как говорят «полны по Тьюрингу», то есть имеют возможность выполнения алгоритма, эквивалентную универсальной машине Тьюринга.
Создание компьютерных вычислительных машин положило начало новой эры развития человечества и открыло перед нами возможности, которых еще никогда не было прежде.
Учебные PC
Это устройства, которые используются школьниками, студентами. На них выполняются стандартные программы, но в отличие от офисных аналогов, они обладают большей функциональностью и есть возможность установки дополнительного программного обеспечения.
Используются средние процессоры, несколько гигабайт оперативной памяти (RAM) и видеокарта среднего уровня, что дает возможность использовать графические программы (photoshop, autocad) и играть в игры прошлых лет.
Такие компьютеры уверенно можно использовать в качестве мультимедийных устройств.
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.
Классификация компьютерных игр
Классификация компьютерных игр Классификация по жанрам3D Shooter (3D-шутеры, «бродилки»)В играх данного типа игрок, как правило, действуя в одиночку, должен уничтожать врагов при помощи холодного и огнестрельного оружия, выполняя задания уровней. Врагами часто являются:
4.1. Краткая классификация вредоносного ПО По классификации «Лаборатории Касперского» ( www.virusList.com) условно всю разновидность вредоносного программного обеспечения можно разделить на следующие категории:? классические файловые вирусы;? троянские кони;? сетевые черви;?
Мобильные компьютеры
Ниже мы рассмотрим разновидности мобильных компьютеров, а именно, устройств, которые легко можно взять с собой в командировку или на дачу. Выбирая между покупкой классического стационарного ПК и мобильной его версии, упор надо делать на свои приоритеты и запросы. Что касается ценовой категории, здесь отличия практически незаметны.
Такой же ноутбук, за исключением того, что в комплектации отсутствуют дисковод, а габариты в разы меньше и компактнее. Предназначен исключительно для работы с документами и поиска информации в сети интернет. По многим опросам держит заряд в разы дольше, чем ноутбук. Чаще всего такими моделями интересуются студенты. Во время пандемии нетбуки завоевали всеобщее одобрение со стороны родителей, что вызвало их подорожание на рынке. Цена на сегодняшний день сравнима со стоимостью среднего ноутбука.
