ЭВМ и суперкомпьютеры

       Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера:

• модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;
• факс-модем - сочетает возможность модема и телефакса;
• стример - для хранения данных на магнитной ленте.

       Некоторые устройства, например, многие разновидности  сканеров (приборов для ввода рисунков и текстов в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем. 

       ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРА 

       I. "Составные" части

       1) МИКРОПРОЦЕССОР

       Самым главным элементом в компьютере, его "мозгом", является микропроцессор - небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Микропроцессор умеет производить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel, а также совместимые с ними микропроцессоры других фирм (AMD, IBM и др.). 

       2) СОПРОЦЕССОР

       В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений (например, в инженерных расчетах), к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Он помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами. Новейшие микропроцессоры фирмы Intel (80486 и Pentium) сами умеют выполнять операции над вещественными числами, так что для них сопроцессоры не требуются. 

       3) ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

       Следующим очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из неё процессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки, в неё они записывают полученные результаты. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за исключениями, о которых говорится ниже). 

       4) КОНТРОЛЛЕРЫ И  ШИНА

       Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера - клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Обычно эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут находиться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока, как это описывалось выше. Результаты выполнения программ выводятся на внешние устройства - монитор, диски, принтер и т.д.

       Таким образом, для работы компьютера необходим  обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются целых два промежуточных звена:

       1.Для  каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

       2.Все  контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии обычно называют шиной. 

       5) ЭЛЕКТРОННЫЕ ПЛАТЫ

       Для упрощения подключения устройств  электронные схемы IBM PC состоят из нескольких модулей - электронных плат. На основной плате компьютера - системной, или материнской, плате - обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате. Через эти разъёмы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере - шине. Таким образом, наличие свободных разъёмов шины обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъёма и вставить вместо неё другую. Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы. 

       6) БЛОК - СХЕМА

       На  блок-схеме контроллер клавиатуры обычно находится на системной плате, поскольку  это упрощает изготовление компьютера. Иногда на системной плате размещаются  и контроллеры других устройств. 

       7) КОНТРОЛЛЕРЫ ПОРТОВ  ВВОДА - ВЫВОДА

       Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов:

1. параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к ним обыкновенно подключаются принтеры;
2. асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМ3). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.
3. игровой порт - для подключения джойстика.

       Некоторые устройства могут подключаться и  к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле). 

       II. МИКРОПРОЦЕССОР

       Микропроцессор  является "мозгом" компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, а иногда - совместимые с ними микропроцессоры других фирм. 

       1) ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

       Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут  иметь разную тактовую частоту —  чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. 

       2) ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.  

       4) ВЫБОР ТИПА МИКРОПРОЦЕССОРА

       Быстродействие  основного микропроцессора во многом определяет скорость работы всего компьютера и, тем самым, диапазон применения компьютера:

• компьютеры на основе микропроцессоров Intel-8088 (или Intel-8086) работают очень медленно, они уже полностью устарели и почти полностью вышли из употребления;
• компьютеры на основе микропроцессора Intel-80286 обеспечивают необходимое быстродействие для набора текстов, ввода исходных данных для бухгалтерских и аналогичных задач, многих компьютерных игр и т.д. Однако новые компьютеры такого класса уже не выпускаются (поскольку считаются морально устаревшими), а покупать их вряд ли целесообразно даже по бросовым ценам, так как для работы с большинством современных программ с графическим интерфейсом (например, с программами, выполняемыми в среде Windows) они практически не пригодны;
• компьютеры на основе микропроцессоров Intel - 80386SX и DX, Intel-80486SX обеспечивают приемлемую вычислительную мощность для большинства рабочих мест под управлением как DOS, так и Windows: для программирования, работы с не очень большими базами данных, макетирования (верстки) несложных изданий и т.д. Однако для комфортной работы в среде Windows лучше приобрести более мощный компьютер;
• микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 применяются для тех задач, где требуется высокое быстродействие компьютера: для файл-серверов больших локальных сетей, для профессиональных издательских, графических или анимационных программ, для решения серьезных вычислительных задач и т. д. А для пользователей, постоянно работающих с компьютером, может быть целесообразно приобретение компьютера на основе Intel-80486DX или DX2 даже и в том случае, если они используют самые обычные программы типа Word for Windows 6.0, Excel 5.0 и т.д., поскольку эти микропроцессоры сейчас стоят не намного дороже Intel-80386 и 80486SX, а обеспечивают заметно большую производительность;
• микропроцессоры Pentium и рассчитанные на его использование системные платы целесообразно применять для таких приложений, как воспроизведение видеоизображений в реальном времени, большие задачи трехмерного проектирования и моделирования, создания мощных файл-серверов и многопроцессорных систем.

       III. Виды памяти

       1) ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

       Эта память состоит из двух частей. Первые 640 Кбайт памяти могут использоваться прикладными программами и операционной системой. Остальные адреса памяти ("верхняя память") зарезервированы для служебных целей:

• для хранения части операционной системы DOS, которая обеспечивает тестирование компьютера, начальную загрузку операционной системы, а также выполнение основных низкоуровневых услуг ввода-вывода;
• для передачи изображения на экран;
• для хранения различных расширений операционной системы, которые поставляются вместе с дополнительными устройствами компьютера.

       Как правило, когда говорят об объёме оперативной памяти компьютера, то имеют в виду именно первую её часть, которая может использоваться прикладными программами и операционной системой. Мы тоже будем в дальнейшем поступать таким образом. 

       2) КЭШ - ПАМЯТЬ

       Для достаточно быстрых компьютеров  необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут оснащаться кэш-памятью, т.е. "сверхоперативной" памятью относительно небольшого объема, в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается "между" микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержаться в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.  
 
 
 
 
 

       3.2. Сферы применения компьютеров. 
 
          В настоящее время широкую огласку получила всемирная компьютерная сеть InterNet.  
           InterNet это общемировая совокупность компьютерных сетей, связывающая между собой миллионы компьютеров. Зародышем ее была распределенная сеть ARPAnet, которая была создана по заказу Министерства обороны США для связи между собой компьютеров этого министерства.  
           Разработанные принципы организации этой сети оказались настолько удачными, что многие другие организации (особенно университеты и государственные учреждения) стали создавать собственные сети на тех же принципах.  
Эти сети стали объединяться между собой, образуя единую сеть. Эта единая сеть и стала называться InterNet. 
            До середины 90-х годов InterNet. использовалась в основном для пересылки электронных писем и различной информации от одного пользователя к другому и др. 
Пользоваться этими возможностями было непросто, поэтому до 1993-94 годов InterNet использовалась только в научной (прежде всего в университетской) среде. 
             В районе 1993-94 годов ситуация в InterNet в корне переменилась. Причиной этому стало появление в сети новой службы - World Wide Web, в буквальном переводе - всемирной паутины (сокращенно ее называют WWW или Web).Простота использования этой службы привела к тому, что в InterNet стали подключаться самый массовый пользователь - домохозяйки и бизнесмены, преподаватели и студенты и т.д. 
Следующей сферой применения компьютеров стала промышленная индустрия. Создание высоконадежных систем управления позволило повсеместно автоматизировать процессы изготовления различных товаров, оборудования, линии сборки в автомобильной промышленности. Процессы автоматизации позволили сократить участие человека в процессе производства до минимума. 
             Одной из самых дорогих и трудоемких сфер использования компьютеров является военная сфера. Эта сфера с самого начала создания компьютерных систем шла  
несколько иным путем. В ней компьютер всегда выступал как оружие или, по крайней мере, как средство управления оружием. В результате этого появились системы управления и наведения ракетными комплексами, наземными и подводными видами оружия. Появились системы обнаружения, отслеживания и поражения вероятного противника.  
              В быту на основе компьютерных технологий появились так называемые вещи с ограниченным интеллектом. Таким интеллектом обладает почти вся бытовая аппаратура последнего поколения: стиральные машины, телевизоры, видеомагнитофоны, аудиоаппаратура, микроволновые печи и т.д. 
              В самих компьютерах произошли значительные изменения. Добавились различные устройства позволяющие слышать музыку, просматривать видеофильмы и т.д. Одним из последних достижений в бытовых персональных компьютерах стало создание звукового редактора текста. Если раньше текст вводился в основном с клавиатуры, то после массового выпуска этого редактора, текст можно будет вводить голосом. 
Благодаря быстродействию компьютеров появились электронные переводчики, обладающие к тому же памятью на десятки тысяч слов и выражений. Такой переводчик в течение нескольких секунд может переводить тексты и выражения, облегчая общение между людьми говорящими на разных языках.  
              В сфере правоохранительных органов компьютер значительно облегчил идентификацию и поиск преступников. Если раньше идентификация преступника по отпечаткам пальцев занимала от нескольких часов до нескольких недель, то сейчас, благодаря компьютеризации и созданию базы данных, эта операция занимает всего несколько секунд или минут.  
В киноиндустрии компьютер позволил создавать такие эффекты о которых раньше и не задумывались. Знаменитый фильм "Парк юрского периода" на 80% состоит из компьютерной графики, то же самое можно сказать о многих фильмах и мультфильмах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Заключение 

       Сегодня в суперкомпьютерном мире наблюдается новая волна, вызванная как успехами в области микропроцессорных технологий, так и появлением нового круга задач, выходящих за рамки традиционных научно-исследовательских лабораторий. Налицо быстрый прогресс в производительности микропроцессоров RISC-архитектуры, которая растет заметно быстрее, чем производительность векторных процессоров. Подтверждением этого стали результаты рейтинга ТОР500, где лидерами по числу инсталляций стали системы POWER CHALLENGE и SP2, опережающие модели ведущего производителя суперкомпьютеров - компании Cray Research.

       Тем не менее, очевидна, будет продолжаться развитие векторных суперЭВМ, по крайней  мере от Cray Research. Возможно, оно начинает сдерживаться из-за требований совместимости  со старыми моделями. Так, не нашла потребителя система Cray-4 компании Cray Computer, имеющая характеристики конфигурации и производительность, близкие к новейшей системе Cray T90 от Cray Research при в 2 раза более низкой цене, но несовместимая с компьютерами Cray Research. В результате Cray Computer разорилась.

       Успешно развиваются системы на базе MPP-архитектур, в том числе с распределенной памятью. Появление новых высокопроизводительных микропроцессоров, использующих дешевую  КМОП-технологию, существенно повышает конкурентоспособность данных систем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Используемая литература 

1. Богданов  В. ПК 2000 // Компьютер пресс 1999.- №6. –  С.12-27.
2. Колесниченко О., Шишигин И. Аппаратные средства PC. 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ - Петербург, 2001.
3. Кузминьский М. Волков Д. Современные суперкомпьютеры: состояние и      перспективы, СПб.: Питер, 2002.
4. Новиков Ю., Черепанов А. Персональные компьютеры: аппаратура, системы, Интернет: Учеб. курс. - СПб.: Питер, 2001.