Классификация эвм по параметрам по назначению
Классификация эвм по параметрам по назначению
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 5.1): аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Рис.5.1. Классификация вычислительных машин по принципу действия.
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 5.2).
Рис.5.2. Две формы предоставления информации в машинах:
а- аналоговая; б- цифровая импульсная.
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
Классификация ЭВМ по этапам создания
По этапамсозданияи используемой элементнойбазе ЭВМ условно делятсяна поколения:
1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;
2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);
5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающихмикропроцессоров,позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;
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.
Классификация ЭВМ по назначению
По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общегоназначения),проблемно-ориентированные и специализированные (рис. 5.3).
Рис.5.3. 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:
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. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.
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.
Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям
По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить (рис. 5.4) на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).
Рис. 5.4. Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности
Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:
Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ показаны в табл. 5.1.
Таблица 5.1. Сравнительные параметры классов современных ЭВМ
Классификация ЭВМ
Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации, называют вычислительной техникой. Конкретный набор связанных между собой устройств называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина или компьютер.
Номенклатура компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т. д., поэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует отметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микро- ЭВМ не уступает по мощности мини-ЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно из-за нечеткости разделения на группы, а также вследствие внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика.
Рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров (рис. 2.1).
Классификация современных ЭВМ по принципу действия:
Рис. 2.1. Основные классы современных ЭВМ
В современной вычислительной технике (ВТ) основой представления информации являются электрические сигналы, допускающие в случае использования напряжений постоянного тока две формы — аналоговую и дискретную.
В первом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной; например, подача на вход напряжения в 1,942 В эквивалентна вводу числа 19,42 (при масштабе 0,1). Во втором случае — в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной. При аналоговом представлении информации измеряемые величины заданного диапазона могут принимать любые допустимые значения плавно, без разрывов переходя от одного к другому (теоретически представляется весь спектр значений измеряемой величины на заданном отрезке). Таким образом, аналоговые ВМ (АВМ) — это вычислительные машины непрерывного действия, которые работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
Вычислительная техника аналогового типа обладает следующими достоинствами: содержит меньшее число компонентов, так как одна измеряемая величина представляется одним сигналом; более интеллектуальна и производительна за счет способности легко интегрировать сигнал, выполнять над ним любое преобразование и т. д.; позволяет решать ряд задач во много раз быстрее, чем дискретная вычислительная техника.
К недостаткам аналоговой ВТ относятся:
Аналоговые вычислительные машины предназначены в первую очередь для решения задач, описываемых системами дифференциальных уравнений: управление непрерывными процессами; моделирование в гидро- и аэродинамике; исследование динамики сложных объектов, электромагнитных полей; параметрическая оптимизация и оптимальное управление и др. Но АВМ не эффективны для решения задач, связанных с хранением и обработкой больших объемов информации различного характера; с высокой степенью точности и т. и.
При дискретном представлении информации значения измеряемых величин носят дискретный (конечный) характер в измеряемом диапазоне.
Цифровые ВМ. Это вычислительные машины дискретного действия, которые работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Наиболее широкое применение получили цифровые ЭВМ с электрическим представлением дискретной информации — электронные цифровые вычислительные машины.
Достоинства ЭВМ обоих типов совмещают гибридные вычислительные машины (ГВМ) комбинированного действия, которые работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой формах. Гибридные вычислительные машины целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Классификация по назначению. По назначению компьютеры делятся:
Суперкомпьютеры (суперЭВМ) — исторически самый старый тип уникальных ЭВМ. Классическими представителями являются многопроцессорные Gigaflop-11, отечественные К-500 семейства СКИФ с суммарным быстродействием от нескольких миллиардов до нескольких триллионов операций в секунду. Машины этого класса обрабатывают, как правило, 64- или 128-раз- рядные информационные слова, а областью их применения являются крупномасштабные задачи, требующие больших объемов вычислений и моделирования. Особенно эффективны суперЭВМ для решения задач проектирования и масштабного анализа экономических процессов, в которых проведение натуральных экспериментов оказывается сверхдорогостоящим, недоступным или практически неосуществимым. В суперЭВМ реализованы идеи массового параллелизма, когда данные одновременно обрабатывают сотни или тысячи процессоров.
Большие ЭВМ (Mainframe), или мэйнфреймы — высокопроизводительные компьютеры со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенные для организации централизованных хранилищ данных большой емкости и выполнения интенсивных вычислительных работ (рис. 2.2). Они характеризуются 64-разрядными параллельно работающими процессорами (до 100 шт.), интегральным быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательским режимом работы.
Рис. 2.2. Общий вид большой ЭВМ
В настоящее время основным назначением больших ЭВМ является решение корпоративных задач в системах управления крупными комплексами (фирмами, аэропортами, банками и др.), а также в научно-издательских центрах и органах государственного управления. Кроме того, они используются для обслуживания больших компьютерных сетей.
На данный момент фирма IBM занимает доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса на мировом рынке среди продукции фирм Hitachi, Amdahl и Fujitsu. Наиболее известные модели: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX-100, Hitachi, Fujitsu VP2000.
Для обслуживания больших ЭВМ создаются вычислительные центры, структура которых содержит многочисленный персонал в составе нескольких отделов или групп.
Центральный процессор — основной блок ЭВМ, в котором происходит обработка данных и вычисление результатов. Состоит из нескольких системных блоков. Отдел центрального процессора размещается в специальном помещении, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха.
Группа системного программирования занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ с оборудованием, т. е. программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.
Группа прикладного программирования занимается созданием программ для выполнения конкретных действий с данными, т. е. обеспечением пользовательского интерфейса вычислительной системы.
Группа подготовки данных занимается подготовкой данных, которые обрабатываются посредством прикладных программ. В частности, это набор текста, сканирование изображений, заполнение баз данных.
Группа технического обеспечения занимается техническим обслуживанием всего вычислительного центра, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоединением новых устройств.
Группа информационного обеспечения обеспечивает технической информацией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных).
Отдел выдачи данных получает данные от центрального процессора и превращает их в форму, удобную для заказчика (распечатка).
Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом.
Мини-ЭВМ отличаются от больших ЭВМ меньшими размерами. Используются на крупных предприятиях, в научных учреждениях и организациях, а также для управления производственными процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, объем которых наращивается до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы с мини-ЭВМ нужен вычислительный центр, но меньший, чем для больших ЭВМ.
МикроЭВМ применяются для обслуживания вычислительных лабораторий в составе нескольких специалистов по разработке прикладных программ. Необходимые системные программы покупаются.
Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его настройку и согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в отдельные фрагменты программного и системного обеспечения.
Персональный компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. За последние 20 лет наблюдается интенсивный рост популярности ПК, особенно в связи с распространением Интернета, поскольку появилась возможность пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией.
Персональные компьютеры условно можно подразделить на профессиональные и бытовые, но в связи с удешевлением аппаратного обеспечения грань между ними стирается. С 1999 г. введен международный сертификационный стандарт — спецификация РС99, согласно которому различают ПК:
Большинство персональных компьютеров на рынке относится к категории массовых ПК. Офисные персональные компьютеры имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации удаленного доступа (компьютерная связь). Для рабочих станций характерны повышенные требования к устройствам хранения данных. В развлекательных ПК особые требования предъявляются к средствам воспроизведения графики и звука.
Классификация по уровню специализации. Спецификой этого класса является конструктивная и программная направленность компьютеров. В зависимости от уровня специализации различают ЭВМ:
Универсальные ЭВМ (общего назначения) предназначены для решения разнообразных задач (экономических, информационно-поисковых, научно-технических и др.). Характерными особенностями машин являются высокая производительность, огромный объем оперативной и внешней памяти, большое разнообразие выполняемых арифметических, логических и специальных операций, развитая система ввода/вывода информации с многообразием внешних устройств. На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с графикой, текстом, музыкой, видео и т. п.
Специализированные ЭВМ предназначены для решения конкретных задач в различных предметных областях (бортовые компьютеры в самолетах и автомобилях). Специализированные мини-ЭВМ для работы с графикой (кино-, видеофильмы, реклама) называются графическими станциями. Компьютеры, объединяющие парк ЭВМ в единую сеть, называются файловыми серверами; обеспечивающие передачу информации через Интернет — сетевыми серверами. Для этих машин характерны специализированная структура и специальное программное обеспечение (ПО). В последние годы такие машины встраиваются в устройства бытовой техники.
Проблемно-ориентированные ЭВМ занимают промежуточное положение среди вышеназванных. Как правило, они используются для управления технологическими объектами, обрабатывают относительно небольшие объемы данных по несложным алгоритмам.
Классификация по габаритам предусматривает наличие следующих градаций ПК:
Настольные, или стационарные ПК, конфигурация которых легко изменяется, являются наиболее распространенными. Используются для решения различных классов задач при подключении к стационарной электрической сети.
Портативные (ноутбуки, субноутбуки) обладают значительно меньшими размером и весом, чем настольные, могут использоваться как при стационарном, так и при автономном электрическом питании, имеют средства компьютерной связи.
Субноутбуки меньше обычных ноутбуков, оснащены маленьким дисплеем от 10 до 13,3″, весят 1—2 кг, как правило, характеризуются малым количеством внешних портов и не имеют DVD-привода.
Все виды субноутбуков приведены на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Ряд портативных ПК — субноутбук Asus Еее PC (в центре), handheld Nintendo DS (наверху) и laptop MacBook (внизу)
Карманный персональный компьютер (КПК) — это портативное вычислительное устройство, которое обладает широкими функциональными возможностями (рис. 2.4). В английском языке используется аббревиатура PDA — Personal Digital Assistant, что в переводе означает «личный цифровой секретарь». КПК часто называют наладонником из-за небольших размеров. Изначально КПК предназначались для использования в качестве электронных органайзеров.
Рис. 2.4. Карманный персональный компьютер фирмы Acer
Они появились относительно недавно, но благодаря малым габаритам в сочетании с большим количеством функций получили широкое распространение. Мобильные, или карманные, модели можно назвать «интеллектуальными» записными книжками, они способны хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ.
Классификация по совместимости. Существует множество типов компьютеров, собранных из комплектующих, изготовленных разными производителями. При этом основной проблемой становится их совместимость:
От совместимости зависят взаимозаменяемость узлов и устройств различных компьютеров, переносимость программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы с одними и теми же данными.
По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две из них — IBM PC и Apple Macintosh. Существуют и другие платформы, но их применение ограничивается отдельными отраслями или регионами. Принадлежность компьютеров к одной и той же аппаратной платформе повышает их совместимость.
Совместимость на уровне операционной системы — это возможность операционной системы выполнять приложения, написанные для других операционных систем. Различают совместимость на двоичном уровне и на уровне исходных текстов.
Приложения обычно хранятся в виде исполняемых файлов, содержащих двоичные образы кодов и данных. Двоичная совместимость достигается в случае, когда исполняемую программу можно запустить на выполнение в другой операционной системе.
Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего компилятора в составе ПО компьютера, на котором выполняется данное приложение, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. Данный вид совместимости важен в основном для разработчиков приложений.
Программная совместимость означает возможность выполнения одних и тех же программ на разных ЭВМ с получением одинаковых результатов.
Программная совместимость обеспечивается единообразием архитектуры ЭВМ, а также стандартизацией инструкций (команд) и системы кодирования данных.
Совместимость на уровне данных означает способность двух или более ЭВМ или систем адекватно воспринимать представленные данные. Данный вид совместимости подразумевает наличие в системе правил, определяющих состав и форматы данных, а также регламентирующего используемого алфавита представления данных (кодировки) и словарей (классификаторов).
21. ЭВМ. Понятие. Основные характеристики и архитектура. История создания вычислительных машин. Поколения ЭВМ. Области применения и классификация ЭВМ.
Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ.
К основным характеристикам ЭВМ относятся:
Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительность.
Применяются также относительные характеристики производительности. Фирма Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс iCOMP (Intel ComparativeMicroprocessor Performance). При его определении учитываются четыре главных аспекта производительности: работа с целыми числами, с плавающей запятой, графикой и видео. Данные имеют 16- и 32-разрядной представление. Каждый из восьми параметров при вычислении участвует со своим весовым коэффициентом, определяемым по усредненному соотношению между этими операциями в реальных задачах.
Емкость запоминающих устройств. Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно находится в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти.
Емкость оперативной памяти (ОЗУ) и емкость внешней памяти (ВЗУ) характеризуются отдельно. Этот показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и их приложения могут одновременно обрабатываться в машине.
Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства. Применеие сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) резко сокращают число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.
Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).
Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов.
Обобщенная структура ЭВМ
Структуру ЭВМ определяет следующая группа характеристик:
· технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации т.д.);
· характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры;
· состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).
Поколения эвм
В течение всего периода эволюции компьютерных систем прослеживается тенденция к повышению скорости обработки информации процессором, уменьшение физических размеров компонентов, росту объема памяти и повышению пропускной способности каналов ввода-вывода.
Не отрицая того факта, что одной из причин повышения производительности процессоров явился прогресс в области микроэлектроники, в частности миниатюризация электронных компонентов, все же отметим, что не меньшее, если не большее, влияние на этот процесс, особенно в последние годы, оказали новые идеи в отношении структурной организации процессора, в частности широкое использование принципов конвейерной и параллельной обработки и внедрение технологии предпочтительного выбора направления ветвления программы, т.е. выполнение условных переходов на основании прогнозных оценок еще до формирования условий перехода. Все эти идеи преследуют одну цель – максимально сократить время простоя процессора.
Важнейшей проблемой, с которой сталкивается любой конструктор компьютерных систем, является достижение баланса характеристик производительности отдельных компонентов системы, т.е. такой подбор компонентов, при котором ни один компонент не простаивает, дожидаясь, пока за ним «поспеют» другие. В частности, производительность процессора растет быстрее, чем быстродействие оперативной памяти. Конструктор имеет в своем арсенале множество методов, позволяющих свести на нет отрицательный эффект такого несоответствия, включая использование промежуточной кэш-памяти, расширение пропускной способности магистрали между процессором и памятью, применение элементов памяти с более сложной логической организацией.
Изложение материала начнем с краткого экскурса в историю развития вычислительной техники. Помимо познавательного интереса имеется еще и практический интерес к истории. Мы попытаемся, рассматривая процесс эволюции компьютерных систем, проследить за тем, как по мере совершенствования элементной базы менялись взгляды на структурную организацию и архитектуру ЭВМ.
Первые ЭВМ появились немногим более 50 лет назад. В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице:
Элементная база (для УУ, АЛУ)
Электронные (или электрические) лампы
Большие интегральные схемы (БИС)
Основные устройства ввода
Пульт, перфокарточный, перфоленточный ввод
Добавился алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура
Алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура
Цветной графический дисплей, сканер, клавиатура
Основные устройства вывода
Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод
Магнитные ленты, барабаны, перфоленты, перфокарты
Добавился магнитный диск
Перфоленты, магнитный диск
Магнитные и оптические диски
Ключевые решения в ПО
Универсальные языки программирования, трансляторы
Пакетные операционные системы, оптимизирующие трансляторы
Интерактивные операционные системы, структурированные языки программирования
Дружественность ПО, сетевые операционные системы
Персональная работа и сетевая обработка данных
Цель использования ЭВМ
Технические и экономические расчеты
Управление и экономические расчеты
Телекоммуникации, информационное обслуживание
ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение.
Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ.
Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ. Один транзистор уже способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. В середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках.
Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными устройствами управления (УУ) (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода. В ЭВМ 2-го поколения добавился алфавитно-цифровой дисплей, появилась клавиатура.
Принципиальным изменением в структуре ЭВМ стало добавление аппаратного блока обработки чисел в формате с плавающей запятой.
ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило использовать вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.
Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.
Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.
В конце 70-х годов развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном кристалле тысячи интегральных схем. Так появились большие интегральные схемы и 4-е поколение ЭВМ, для которого характерны создание серий недорогих микро-ЭВМ, разработка супер-ЭВМ для высокопроизводительных вычислений.
Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки “дружественного” программного обеспечения. Возникают операционные системы, поддерживающие графический интерфейс, интеллектуальные пакеты прикладных программ. В связи с возросшим спросом на ПО совершенствуются технологии его разработки – появляются развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя.
В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.
ЭВМ пятого поколения
Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.
Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:
Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.
Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.
Основные области применения эвм различных классов
В соответствии с Законом Мура основные характеристики компьютеров улучшаются приблизительно в 2 раза каждые 2 года. В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Например, в классификациях десятилетней давности широко использовались названия мини-, миди- и микроЭВМ, которые почти исчезли из обихода.
Существуют три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ:
1. Применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Научно-техническая революция во всех областях науки и техники постоянно выдвигает новые научные, инженерные, экономические задачи, которые требуют проведения крупномасштабных вычислений (задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и космическая техника и др.). Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы, заложенной развитием математических наук и их приложений. Первые, а затем и последующие вычислительные машины классической структуры в первую очередь и создавались для автоматизации вычислений.
Одновременно со структурными изменениями ЭВМ происходило и качественное изменение характера вычислений. Доля чисто математических расчетов постоянно сокращалась, и в настоящее время она составляет около 10% от всех вычислительных работ. Машины все больше стали использоваться для новых видов обработки: текстов, графики, звука и др.
2. Применение ЭВМ в системах управления. Это направление родилось примерно в 60-е годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем. Новое применение вычислительных машин потребовало видоизменения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки. Сопряжение с каналами связи потребовало усложнения режимов работы ЭВМ, сделало их многопрограммными и многопользовательскими.
3. Применение ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта. Напомним, что задачи искусственного интеллекта предполагают получение не точного результата, а чаще всего осредненного в статистическом, вероятностном смысле. Примеров подобных задач много: задачи робототехники, доказательства теорем, машинного перевода текстов, планирования с учетом неполной информации, составления прогнозов, моделирования сложных процессов и явлений и т.д. Это направление все больше набирает силу. Во многих областях науки и техники создаются и совершенствуются базы данных и базы знаний, экспертные системы. Для технического обеспечения этого направления нужны качественно новые структуры ЭВМ с большим количеством вычислителей (ЭВМ или процессорных элементов), обеспечивающих параллелизм в вычислениях. По существу, ЭВМ уступают место сложнейшим вычислительным системам.
Уже это небольшое перечисление областей применения ЭВМ показывает, что для решения различных задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Поэтому рынок компьютеров постоянно имеет широкую градацию классов и моделей ЭВМ.
Классификация вычислительных систем
С развитием науки и техники постоянно выдвигаются новые крупномасштабные задачи, требующие выполнения больших объемов вычислений. Особенно эффективно применение суперЭВМ при решении задач проектирования, в которых натурные эксперименты оказываются дорогостоящими, недоступными или практически неосуществимыми. В этом случае ЭВМ позволяет методами численного моделирования получить результаты вычислительных экспериментов, обеспечивая приемлемое время и точность решения, т.е. решающим условием необходимости разработки и применения подобных ЭВМ является экономический показатель “производительность/стоимость”. Дальнейшее развитие суперЭВМ связывается с использованием направления массового параллелизма, при котором одновременно могут работать сотни и даже тысячи процессоров.
Большие эвм (mainframe)
Данные ЭВМ представляют собой многопользовательские машины с центральной обработкой, с большими возможностями для работы с базами данных, с различными формами удаленного доступа. Казалось, что с появлением быстропрогрессирующих персональных ЭВМ большие ЭВМ обречены на вымирание. Однако, они продолжают развиваться и выпуск их снова стал увеличиваться, хотя их доля в общем парке постоянно снижается. По оценкам IBМ, около половины всего объема данных в информационных системах мира должно храниться именно на больших машинах. Новое их поколение предназначено для использования в сетях в качестве крупных серверов. Большими ЭВМ комплектуются ведомственные, территориальные и региональные вычислительные центры. В России основными потребителями являются государственные организации и крупные компании федерального уровня, такие, как РЖД (система резервирования мест и продажи билетов) или АвтоВАЗ. В свое время мейнфреймы были единственной вычислительной платформой, способной обслуживать предприятия такого масштаба, и эта платформа активно развивалась. За рубежом мейнфрейм считается классическим решением для определенного круга задач, например, в финансовой сфере.
Средние ЭВМ используются для управления сложными технологическими производственными процессами, ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов, рабочих станций для работы с графикой. Существуют специальные ЭВМ, предназначенные в первую очередь для работы в финансовых структурах. В этих машинах особое внимание уделяется сохранности и безопасности данных.
Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяют удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ также строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.