Классификация и тенденции развития ЭВМ

интегральных схемах – микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

• 5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ со многими десятками параллельно

 работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

• 6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым

параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение  ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

 

2.3. Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить  на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные (рис. 3).

Рис. 3. Классификация ЭВМ по назначению

 

Универсальные ЭВМ предназначены  для решения самых различных  инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных  ЭВМ являются:

• высокая производительность;
• разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных,

 символьных, при большом диапазоне  их изменения и высокой точности  их представления;

• обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических,

логических, так и специальных;

• большая емкость оперативной памяти;
• развитая организация системы ввода-вывода информации,

обеспечивающая подключение разнообразных  видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ  служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.

К проблемно-ориентированным ЭВМ  можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач  или реализации строго определенной группы функций. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

 

2.4. Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

 

Рис. 4. Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности

 

Функциональные возможности ЭВМ  обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

• быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций,

выполняемых машиной за единицу  времени;

• разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует

ЭВМ;

• номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих

 устройств;

• номенклатура и технико-экономические характеристики внешних

устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

• типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов

ЭВМ между собой (внутримашинного  интерфейса);

• способность ЭВМ одновременно работать с несколькими

пользователями и выполнять  одновременно несколько программ (многопрограммность);

• типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных

 систем, используемых в машине;

• наличие и функциональные возможности программного обеспечения;
• способность выполнять программы, написанные для других типов

ЭВМ (программная совместимость  с другими типами ЭВМ);

• система и структура машинных команд;
• возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;
• эксплуатационная надежность ЭВМ;
• коэффициент полезного использования ЭВМ во времени,

определяемый соотношением времени  полезной работы и времени профилактики.

Некоторые сравнительные параметры  названных классов современных  ЭВМ показаны в табл.1.

 

Таблица 1. Сравнительные параметры классов современных ЭВМ

Параметр	СуперЭВМ	Большие ЭВМ	Малые ЭВМ	МикроЭВМ
Производительность, MIPS	1000-100000	10-1000	1-100	1-100
Емкость ОП, Мбайт	2000-10000	64 - 10000	4-512	4-256
Емкость ВЗУ, Гбайт	500-5000	50-1000	2-100	0,5-10
Разрядность, бит	64-128	32-64	16-64	16-64

 

Большие ЭВМ

Исторически первыми появились  большие ЭВМ, элементная база которых  прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.

Большие ЭВМ за рубежом часто  называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

• производительность не менее 10 MIPS;
• основную память емкостью от 64 до 10000 Мбайт;
• внешнюю память не менее 50 Гбайт;
• многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – это  решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами.

Родоначальником современных больших  ЭВМ, по стандартам которой в последние  несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса, является фирма IBM.

Зарубежные фирмы определяют рейтинг  мэйнфреймов, учитывая многие показатели:

• надежность;
• производительность;
• емкость основной и внешней памяти;
• время обращения к основной памяти;
• время доступа и трансфер внешних запоминающих устройств;
• характеристики КЭШ-памяти;
• количество каналов и эффективность системы ввода-вывода;
• аппаратную и программную совместимость с другими ЭВМ;
• поддержку сети и др.

Производительность больших ЭВМ  оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.

 

 

 

 

 

Малые ЭВМ

Появление в 70-х гг. малых ЭВМ  обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой – избыточностью  ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.

Мини-ЭВМ обладают следующими характеристиками:

• производительность – до 100 MIPS;
• 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 успешно применяются для управления технологическими процессами и  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 PDP-11 (Program Driven Processor – программно-управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation Корпорация дискретного оборудования, США).

В настоящее время семейство  мини-ЭВМ PDP-11 включает большое число моделей - от VAX -11 до VAX -3600; мощные модели мини-ЭВМ класса 8000 (VAX -8250, 8820); супермини-ЭВМ класса 9000 (VAX -9410, 9430) и др.

Среди прочих мини-ЭВМ следует отметить:

• однопроцессорные: IBM 4381, HP 9000;
• многопроцессорные: Wang VS 7320, AT&T 3В 4000;
• супермини-ЭВМ HS 4000, по характеристикам не уступающая мэйнфреймам.

 

Микро ЭВМ

Изобретение в 1969 г. микропроцессора  привело к появлению в 70-х гг. еще одного класса ЭВМ – микроЭВМ (рис. 5).

 

Рис. 5. Классификация микроЭВМ

 

Многопользовательские универсальные микроЭВМ – это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

Однопользовательские универсальные микроЭВМ (персональные компьютеры) – микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

Быстроразвивающимся подклассом персональных компьютеров являются переносные компьютеры. Большинство переносных компьютеров имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться и к сети.

В качестве видеомониторов у них  применяются плоские с видеопроектором  жидкокристаллические дисплеи, реже –  люминесцентные для презентаций  или газоразрядные.

Жидкокристаллические дисплеи (LCD) бывают с активной и пассивной матрицами.

Наряду с монохромными в последнее  время широко используются и цветные  дисплеи. У цветных дисплеев каждый пиксель состоит из 3 - 4 отдельных  подпикселей, покрытых тонкими светофильтрами разных цветов.

Наращивание аппаратных средств у  многих переносных компьютеров выполняется  подключением плат специальной конструкции, так называемых PCMCIA -карт (спецификация Personal Computer Memory Card International Association), большинство которых поддерживают технологию Plug and Play , не требующую при установке дополнительной платы выключения ПК или какой-либо его дополнительной настройки. Наряду с платами ОЗУ используются более интенсивно платы ПЗУ и Flash -памяти, последние у миниатюрных ПК часто применяются вместо дисковой памяти.

Клавиатура чаще всего чуть укороченная: 84-86 клавиш (вместо 101 у настольных ПК), но может иметься разъем для подключения  и полной клавиатуры; у некоторых  моделей клавиатура раскладная.

В качестве манипулятора (устройства указания) обычно используется не мышь, а трекбол, трекпойнт или трекпад.

Применяются в переносных компьютерах  и сенсорные экраны, в которых  прикосновение к их поверхности  обусловливает перемещение курсора  в место прикосновения или  выбор процедуры по меню, выведенному на экран.