Классификация и тенденции развития ЭВМ

Рассмотрим кратко некоторые типы переносных ПК и приведем их характеристики:

• Портативные рабочие станции – наиболее мощные и крупные

переносные ПК. Они оформляются  часто в виде чемодана. Их характеристики аналогичны характеристикам стационарных ПК – рабочих станций: мощные микропроцессоры, часто типа RISC , с тактовой частотой до 300 МГц, оперативная память емкостью до 64 Мбайт, гигабайтные дисковые накопители, быстродействующие интерфейсы и мощные видеоадаптеры с видеопамятью до 4 Мбайт.

• Портативные (наколенные) компьютеры типа " LapTop " оформляются

в виде небольших чемоданчиков размером с "дипломат", их масса обычно в  пределах 5 - 10 кг. В современных Lap Top часто используются микропроцессоры Pentium , Pentium Pro с большой тактовой частотой (до 200 МГц); оперативная память до 64 Мбайт; накопитель на жестком диске емкостью до 1200 Мбайт, часто съемный; возможно использование CD - ROM и другого мультимедийного обеспечения.

• Компьютеры-блокноты (Note Book и Sub Note Book) выполняют все

функции настольных ПК. Конструктивно они оформлены в виде миниатюрного чемоданчика размером с небольшую книгу. По своим характеристикам во многом совпадают с Lap Top , отличаясь от них лишь размерами и несколько меньшими объемами оперативной и дисковой памяти (дисковод "флоппи" и винчестер часто внешние). Вместо винчестера некоторые модели имеют энергонезависимую Flash -память емкостью 10 - 20 Мбайт. Многие модели компьютеров-блокнотов имеют модемы для подключения к каналу связи и соответственно к вычислительной сети, радиомодемы и оптоэлектронные инфракрасные порты. Имеют жидкокристаллические монохромные и цветные дисплеи небольшого размера. Клавиатура всегда укороченная, манипуляторы типа Track Point и Track Pad. Наращивание ресурсов выполняется картами PCMCIA. Лидерами среди Note Book, по-видимому, являются модели IBM ThinkPad, определяющие стандарт среди этого подкласса ПК. Но имеются выдающиеся представители Note Book и у многих других фирм: Toshiba, Compaq, Hewlett Packard и другие.

• Карманные компьютеры имеют массу около 300 г. Это полноправные

персональные компьютеры, имеющие  микропроцессор, оперативную и постоянную память, обычно монохромный жидкокристаллический дисплей, портативную клавиатуру, порт-разъем для подключения в целях обмена информацией к стационарному ПК.

• Электронные секретари  имеют формат карманного компьютера, но

более широкие функциональные возможности, в частности: аппаратное и встроенное программное обеспечение, ориентированное  на организацию электронных справочников, встроенные текстовые, а иногда и графические редакторы, электронные таблицы. Большинство PDA имеют модемы и могут обмениваться информацией с другими ПК, а при подключении к вычислительной сети могут получать и отправлять электронную почту и факсы. Новейшие модели PDA для дистанционного беспроводного обмена информацией с другими компьютерами оборудованы радиомодемами и инфракрасными портами.

• Электронные записные книжки (organizer) относятся к "легчайшей

категории" портативных компьютеров (к этой категории кроме них  относятся калькуляторы, электронные переводчики и др.); масса их не превышает 200 г. Органайзеры пользователем не программируются, но содержат вместительную память, в которую можно записать необходимую информацию и отредактировать ее с помощью встроенного текстового редактора.

Рабочие станции представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).

Многопользовательские специализированные микро ЭВМ (серверы) – выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам и распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный сервер часто называют сервером приложений.

Специализированные серверы используются для устранения наиболее "узких" мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и др. В связи с этим выделяют: файл-сервер, архивационный сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати и др.

СуперЭВМ

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные  вычислительные машины с быстродействием  сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду, имеющие следующие характеристики:

• высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с

быстродействием примерно 100 000 MFLOPS;

• емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1-10 Тбайт (1

 Тбайт = 1000 Гбайт);

• разрядность 64; 128 бит.

СуперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют  несколько разновидностей:

• Магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры

 одновременно выполняют разные  операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD – Multiple Instruction Single Data);

• Векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно

выполняют одну команду над различными данными – однократный поток  команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD – Single Instruction Multiple Data);

• Матричные МПВС, в которых МП одновременно выполняют разные

операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных – многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD).Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцессорных вычислительных систем показаны на (рис. 6.).

В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры МПВС:

• структура MIMD в классическом ее варианте (например, в

суперкомпьютере BSP фирмы Burroughs);

• параллельно-конвейерная модификация, иначе, MMISD, т.е.

 многопроцессорная MISD -архитектура (например, в "Эльбрус 3");

• параллельно-векторная модификация, иначе, MSIMD , т.е.

 многопроцессорная SIMD -архитектура  (например, в Cray 2).

 

Рис. 6. Условные структуры вычислительных систем:

а – SISD (однопроцессорная); б – MISD (конвейерная);

в – SIMD (векторная); г – MIMD (матричная)

 

Конечно, вышеприведенная классификация  весьма условна, ибо мощная современная  ПК, оснащенная проблемно-ориентированным  программным и аппаратным обеспечением, может использоваться и как полноправная рабочая станция, и как многопользовательская микроЭВМ, и как хороший сервер, по своим характеристикам почти не уступающий малым ЭВМ.

Глава 3

Тенденции развития ЭВМ

 

3.1. Разработка шестого поколения  ЭВМ

При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет  в последние годы имеют сверхмощные компьютеры – суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Также ведутся поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, основанные на нескольких новых принципах элементной базы:

• Оптоэлектроника

Предлагается вместо электронных  импульсов в качестве носителей информации использовать импульсы видимого света. Оптические импульсы требуют меньше энергии и могут передаваться с большей частотой.

• Нейрокомпьютеры

Принцип их работы сходен с работой  человеческого мозга. Нейрокомпьютер состоит из огромного числа простых вычислительных элементов – нейронов. Центральное устройство управления и устройство памяти отсутствуют. Нейроны связаны между собой и образуют нейронную сеть. Информация запоминается во всей сети. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП – транспьютеры. Транспьютер – микропроцессор сети со встроенными средствами связи.

• Углеродные накотрубки

Углерод в отличие от кремния не дает утечек электрического тока. Углеродные проводники также предлагается делать очень тонкими.

• Спинтроника

Предлагается вместо электрических  зарядов как носителей информации использовать другие физические величины: спинэлектроны,  поляризация, фазовый  сдвиг и т.д.

• Квантовый компьютер

Предлагается создание и использование устройства, которое имеет несколько устойчивых состояний, а не только два как все ПК. Иными словами предлагается перейти от двоичной информации к троичной и т.д.

Ближайшие прогнозы по созданию отдельных  устройств ЭВМ:

• микропроцессоры с быстродействием 1000 MIPS и встроенной

памятью 16 Мбайт;

• встроенные сетевые и видеоинтерфейсы;
• плоские (толщиной 3-5 мм) крупноформатные дисплеи с разрешающей

 способностью 1000x800 пикселей и  более;

• портативные, размером со спичечный коробок, магнитные диски

емкостью более 100 Гбайт. Терабайтные дисковые массивы на их основе сделают практически ненужным стирание старой информации.

Повсеместное использование мультиканальных  широкополосных радио-, волоконно-оптических, а в пределах прямой видимости  и инфракрасных каналов обмена информацией между компьютерами обеспечит практически неограниченную пропускную способность (трансфер до сотен миллионов байт в секунду).

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК. Можно говорить о бытовом (домашнем) мультимедиа, включающем в себя и ПК, и целую группу потребительских устройств, доводящих потоки информации до потребителя и активно забирающих информацию у него.

Этому уже сейчас способствуют:

• зарождающиеся технологии медиа-серверов, способных собирать и

 хранить огромнейшие объемы  информации и выдавать ее в  реальном времени по множеству  одновременно приходящих запросов;

• системы сверхскоростных широкополосных информационных

 магистралей, связывающие воедино  все потребительские системы.

Названные ожидаемые технологии и  характеристики устройств ЭВМ совместно  с их общей миниатюризацией могут  сделать всевозможные вычислительные средства и системы вездесущими, привычными, обыденными, естественно насыщающими нашу повседневную жизнь.

 

3.2. Вычислительные сети

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время  является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наиболее перспективные, создаваемые  на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы – вычислительные сети – ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы.

Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах происходит смена основной информационной среды. Удельные объемы информации, получаемой обществом по традиционным информационным каналам (радио, телевидение, печать) и компьютерным сетям, можно проиллюстрировать следующей диаграммой, показанной на рис. 7.

Рис.7. Информационная среда в обществе ближайшего будущего

 

Уже сегодня пользователям глобальной вычислительной сети Internet стала доступной  практически любая находящаяся в хранилищах знаний этой сети неконфиденциальная информация.

Специалисты предсказывают в ближайшие  годы возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в  которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, активно отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас ситуационно необходимой информацией, активно воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами и устройствами.