Классификация компьютеров и их систем

Введение

      В своей работе я бы хотела рассмотреть  различные классификации компьютерной техники: по этапам развития, по условиям эксплуатации, по производительности и характеру использования. А также произвести классификацию вычислительной системы компьютера. В практической части я закрепила свои знания по полученному курсу. Тема моей курсовой работы является актуальной, так как она является теоретической основой информатики, потому что, как известно, в наши дни не возможно обойтись без компьютера ни в одной сфере деятельности. Это изобретение позволяет переводить все многообразие нашей жизни в строгий язык математики, тем самым систематизируя и упрощая для понимания и работы.

      Четких  границ между классами компьютеров  не существует. По мере совершенствования  структур и технологии производства появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов значительно изменяются. Также можно сказать и про вычислительные системы, так как постоянно появляются новые программное и аппаратное обеспечения и модифицируются старые, так как прогресс никогда не стоит на месте.

      В практическая часть данной работы посвящена реализации экономической задачи «Анализ плановых и фактических показателей выпуска продукции». Эта тема, на мой взгляд, так же весьма актуальна в данное время и имеет практическое применение в экономике.

      Для выполнения работы я использовала компьютер  со следующими характеристиками: винчестер- 80 Гб (7200 rpm), память оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) – 256 Мб, процессор- Celeron- D 320,  монитор- LG Flatron F720P 17, видеокарта- GeForce FX 5200-8x  DDR. 
 
 
 
 

1. Теоретическая часть

1.1 Основные понятия

      Компьютер (ЭВМ) - означает вычислитель, т.е. устройство для вычислений. Это связано с тем, что первые ЭВМ создавались только для вычислений, т.е. должны были заменить механические вычислительные устройства. В настоящее время под словом ЭВМ обычно понимают  цифровые электронные машины, предназначенные для автоматизации процесса обработки информации.

      Вычислительная  система (ВС) -  это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

      Программное обеспечение (ПО) – совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной  с этими компонентами документацией, позволяющей использовать ЭВМ для  решения различных задач.

1.2 Классификация компьютеров по поколениям

      Деление компьютерной техники на поколения  — на самом деле весьма условная, идея классифицировать машины по поколениям вызвана тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию.

      К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы, которые потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Так же они были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, поэтому приобрести могли только крупные корпорации и правительства. Набор их команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия - низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины.

      Эти проблемы начали преодолевать путем  интенсивной разработки средств  автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих  эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

      Второе  поколение компьютерной техники  — машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг. Их определяют по широкому внедрению вычислительных машин на основе транзисторов, заменивших электронные лампы. Полупроводниковые технологии позволили повысить надежность ЭВМ и значительно уменьшить их габариты. Появились так называемые языки высокого уровня (средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде) и специальные программы (трансляторы) переводящие программу с языка высокого уровня на машинный язык. Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Так же появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из них в дальнейшем выросли современные операционные системы.

      Но  машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных  информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

      Машины  третьего поколения были созданы примерно после 60-x годов. Наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры. Именно в это время был изобретен первый микропроцессор (1969г.), а в 1971 году появился четырехразрядный процессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на одном кристалле, с тактовой частотой 108 кГц и быстродействием около 60000 операций/сек. С этого момента и до настоящего времени Intel лидирует в области развития микропроцессорной техники. В этот период была разработана концепция RISC- процессора (Reduced Instruction Set Computer), однако распространение RISC- процессоры получили в 80-х годах. С начала семидесятых годов началось производство отечественных машин Единой Серии (ЕС ЭВМ), программно совместимых друг с другом. Габариты ЭВМ уменьшались, появилась возможность работы на ЭВМ с удаленных терминалов. В конце шестидесятых годов были созданы знаменитые мини-ЭВМ PDP-11 и серия машин ШМ System 370.

      Четвертое поколение ЭВМ приходится на период с середины семидесятых до середины восьмидесятых годов. Элементной базой ЭВМ служили большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные микросхемы. Появляются компьютеры на микропроцессорах. Кристалл i8088 (ЮМ) был использован в известном персональном компьютере ШМ PC (1981г.). Он имел 16-разрядный процессор с частотой 4.77МГц и быстродействием около 0,33 млн. операций/сек, ОЗУ до 640 Кбайт, накопитель на гибких магнитных дисках с форм-фактором 5.25 дюйма. В качестве операционной системы использовалась PC_DOC 1.0 (MS-DOS). Компьютер имел открытую архитектуру, что способствовало в дальнейшем появлению ШМ PC-совместимых компьютеров. Начинается массовое производство ПК. Одновременно разрабатываются и совершенствуются мощные многопроцессорные вычислительные системы. C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

      Разработка  последующих поколений компьютеров  производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных  принципов (лазеры, голография).Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

      Эпоха компьютеров пятого поколения началась с середины восьмидесятых годов. С этого времени имела место  огромная миниатюризация элементной базы. Количественные изменения повлекли за собой качественные. Произошел резкий рост производительности компьютеров. Появляются 32- и 64-разрядные процессоры. Создаются компьютеры с десятками, а затем и сотнями параллельно работающих процессоров. Реализуется векторно-конвейерная структура обработки данных. Разрабатываются нейроподобные вычислительные системы. Наступил период широкомасштабного внедрения компьютерных сетей. Пятое поколение компьютеров ориентировано на интеллектуализацию информационных технологий, включая возможность самообучения, ассоциативную обработку информации, реализацию нейросетевых систем, обеспечение взаимодействия с компьютером на естественном языке пользователя и т.п.

      1.3 Классификация компьютеров по архитектуре

      По  условиям эксплуатации компьютеры делятся  на два

      • офисные (универсальные);

      • специальные.

      Офисные компьютеры предназначены для решения  широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации.

      Специальные компьютеры служат для решения более  узкого класса задач или даже одной  задачи, требующей многократного  решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации. Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать класс задач наиболее эффективно. Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах «скорой помощи», на ракетах, самолетах и вертолетах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в не отапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т. п. Существует много моделей таких компьютеров.

        Таким примером является компьютер Ergotouch (Эрготач): исполнен в литом алюминиевом, полностью герметичном корпусе, который легко открывается для обслуживания. Стенки компьютера поглощают практически все электромагнитные излучения как внутри, так и снаружи. Машина оборудована экраном, чувствительным к прикосновениям. Компьютер можно, не выключая, мыть из шланга, дезинфицировать, дезактивировать, обезжиривать. Высочайшая надежность позволяет использовать его как средство управления и контроля технологическими процессами в реальном времени. Компьютер легко входит в локальную сеть предприятия.

      Важное  направление в создании промышленных компьютеров — разработка операторского  интерфейса — пультов управления, дисплеев, клавиатур и указательных устройств во всевозможных исполнениях. От этих изделий напрямую зависит комфортность и результативность труда операторов. 
 
 
 

      1.4 Классификация по  производительности и характеру использования

      По  производительности и характеру  использования компьютеры можно условно подразделить на:

      • Карманные компьютеры

      • микрокомпьютеры, в том числе ноутбуки;

      • миникомпьютеры;

      • мэйнфреймы (универсальные компьютеры);

      • суперкомпьютеры.

      Карманные компьютеры, или личные электронные  помощники, — это небольшие компьютеры весом около 300-500 грамм, помещающиеся на кисти одной руки. Как правило, они работают на обычных батарейках и одного комплекта батареек им хватает на несколько десятков  часов. В карманных компьютерах нет ни жесткого диска, ни дисковода для дискет, некоторые карманные компьютеры имеют миниатюрную клавиатуру, но есть и модели без клавиатуры — в них ввод данных осуществляется нажатиями или рисованием специальным пером по экрану.

      Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых  центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др. Они представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 - 10 миллионов операций в сек.

      Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре  специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую  линию.

      Персональные  компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. В класс персональных компьютеров входят различные машины — от дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея, до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в десятки Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами. К ним же можно и ноутбуки.