К какому классу эвм по производительности относится компьютер ibm pc
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Столичный центр образовательных технологий г. Москва
Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца
от 3 170 руб. 1900 руб.
Количество часов 300 ч. / 600 ч.
Успеть записаться со скидкой
Форма обучения дистанционная
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Видеолекции для
профессионалов
- Свидетельства для портфолио
- Вечный доступ за 120 рублей
- 311 видеолекции для каждого
Раздел 1. Информатика
История развития вычислительной техники, поколения ЭВМ. Классификация ЭВМ. Характеристики основных устройств ЭВМ (микропроцессора, памяти, внешних запоминающих устройств, устройств ввода-вывода).
История развития вычислительной техники. С древнейших времен человечество конструирует разнообразные приспособления для облегчения счета. 16 век – Леонардо да Винчи создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства. Первые попытки создать вычислительные машины относятся еще к 17 веку, когда такие ученые, как Вильгельм Шикард, Блез Паскаль, Готфрид Вильгельм фон Лейбниц создают счетные устройства, позволяющие проводить основные математические операции над многозначными числами. В 19 веке создается первое в мире программируемое устройство – ткацкий станок Жаккарда, узор ткани на котором определялся перфокартами. В конце 19 – начале 20 веков разрабатывается теория гипотетических вычислительных и программируемых машин, что связно с именами Чарльза Беббиджа (1822 г. – идея создания механического вычислительного помощника, принципы: автоматическое выполнение операций; работа по вводимой на ходу программе; необходимость памяти), Алана Тьюринга (построение абстрактной (теоретической) вычислительной машины, которая представляет собой универсального исполнителя, работающего по заданной программе в соответствии с определенными принципами и правилами), Джона фон Неймана (1944–1946 гг. – формулирование принципов построения ЭВМ: программное управление работой ЭВМ; принцип условного перехода; принцип хранимой программы; принцип использования двоичной системы счисления для представления информации; принцип иерархичности запоминающих устройств).
Первая полностью электронная вычислительная машина ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer ) была построена в США в 1945 году. Первая отечественная ЭВМ – МЭСМ (малая электронно-счетная машина) – была построена в 1951 г. под руководством крупнейшего советского конструктора Сергея Александровича Лебедева.
Поколения компьютеров – это нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных средств и производительности, а также по качеству программного обеспечения. Другими словами, поколения ЭВМ более всего различаются между собой своей элементной базой – теми элементами, из которых они были сделаны.
Рассмотрим периодизацию, представленную Э. Таненбаумом в книге «Архитектура компьютера»:
Первое поколение (1945-1955) - компьютеры на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Это эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Эти компьютеры нередко требовали для себя отдельных зданий, сильно нагревались (а потому нуждались в мощных охлаждающих системах) и стоили огромных денег, так что зачастую только правительственным организациям или крупным корпорациям было под силу их купить.
Во втором поколении компьютеров (1955-1965) использовались транзисторы, заменившие громоздкие греющиеся малоэффективные дорогие электронные лампы. В качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны – далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня – Фортран, Алгол, Кобол. До этого программировать приходилось сразу в машинных командах. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров; программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров.
В третьем поколении ЭВМ (1965-1980) впервые стали использоваться интегральные схемы – целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть – зародыш Интернет, появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение. В 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию – ведь микропроцессор является сердцем ПК. Начиная с середины 70-х годов все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, – прежде всего, за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров:
1975 г. – американская фирма MITS создает первый ПК – « Althair -8800».
1976 г. – молодые американцы Стив Возняк и Стив Джобс в гараже создали ПК « Apple –1». Позже их гаражный кооператив перерос в фирму по производству ПК Apple Computer . Весной 1977 г. ими же был изготовлен относительно дешевый и вместе с тем вполне законченный ПК « Apple –2», который сыграл роль детонатора в производстве ПК.
Четвертое поколение – сверхбольшие интегральные схемы (1980–…). Четвертое поколение ЭВМ характеризуется появлением сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые позволяли размещать на одной плате сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров еще меньшего размера и с более высокой скоростью работы. В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ – серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. 1981 г. – фирма IBM выпустила свою первую удачную 16-разрядную модель РС и с этого момента стала ведущей фирмой в производстве не только больших, но и ПК. В 1983 г. – фирма IBM выпустила новую модель IBM РС/ХТ, а в 1984 г. – модель IBM РС/АТ, которые стали неписанными стандартами в области производства ПК. В 1989 г. произошло еще одно важное событие – британская компания Apricot приступила к производству 32-разрядного ПК на базе нового МП фирмы Intel – 80486, который отличался существенно своим быстродействием. С начала 80-х годов, благодаря появлению ПК, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной.
Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение , программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта . С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки – задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров "пятого поколения" не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется. Однако планы создания специализированных "интеллектуальных" компьютеров, а тем более – попытки произвести с их помощью очередную компьютерную революцию оказались утопическими. Во всяком случае, "японский проект" сколько-нибудь ощутимых результатов так и не принес, поэтому многие исследователи в области развития вычислительной техники не выделяют его в своей периодизации, и считают, что в настоящий момент не произошло кардинальных изменений в элементной базе, поэтому все выпускаемые ПК относятся к 4 поколению компьютеров.
Классификация ЭВМ. Классификация ЭВМ возможна по ряду признаков, среди которых можно выделить следующие:
по функциональному назначению;
Распространена классификация ЭВМ по производительности и по размерам:
СуперЭВМ. Представляют собой самый мощный класс компьютеров. Стоимость таких машин измеряется миллионами долларов. Организация традиционных суперЭВМ (фирм CRAY, CDC, NEC) определяется применением быстродействующих электронных схем, высокой плотностью их компоновки, сложными системами охлаждения (проблема отвода тепла), использованием параллельной обработки данных. Проблема также в создании подходящих алгоритмов и программного обеспечения, чтобы в полной мере использовать огромные потенциальные возможности параллельных процессоров.
Универсальные ЭВМ ( большие ЭВМ ). Исторически первыми появились большие ЭВМ. Начиная с первых машин, это основное средство автоматической обработки коммерческой информации. Универсальная ЭВМ может быть представлена как машина с высокой производительностью, предназначенная для использования в качестве центральной ЭВМ для большого числа пользователей (ЕС ЭВМ).
Мини-ЭВМ. Появились в 60-х гг. в качестве недорогой компактной альтернативы универсальным ЭВМ, широко распространились в 70-х гг. Однако с 80-х гг. их вытесняют микроЭВМ, которые строятся на отдельных БИС и часто имеют ту же внутреннюю архитектуру (Электроника-79, ИЗОТ, КОРАЛЛ, ЯНУС).
Супер-мини-ЭВМ – это вычислительная машина, относящаяся по архитектуре, размерам и стоимости к классу мини-ЭВМ, а по производительности сопоставима с большой ЭВМ (Электроника-82, VAX (фирма DEC ).
МикроЭВМ. Определяются как небольшие ЭВМ, в которых в качестве процессорных элементов использованы один или несколько МП. Существует много специализированных вариантов микроЭВМ: персональные ЭВМ, многопользовательские микро-ЭВМ, автоматизированные рабочие места, встроенные ЭВМ. Многопользовательские микро-ЭВМ – это микро-ЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и работающие в режиме разделения времени. Используются в проектных, конструкторских бюро для доступа к центральной ЭВМ из отдельных подразделений. Автоматизированное рабочее место (АРМ) представляет собой оборудованный всеми средствами ПК, необходимыми для выполнения работ определенного типа. Различают технические (инженерные) АРМ, графические АРМ, АРМ для издательской деятельности, АРМ учителя, АРМ ученика и др. Встроенные ЭВМ представляют собой вычислители, выполненные в виде одной или нескольких плат, используемые для управления (в станках с ЧПУ, бытовой технике, автомобилях и пр.) и обработки результатов измерений (измерительные электронные приборы). Персональный компьютер – электронная вычислительная машина, рассчитанная на использование ее одним человеком. Он дешевле других классов ЭВМ, проще в эксплуатации и обладает меньшими вычислительными возможностями.
Характеристики основных устройств ЭВМ (микропроцессора, памяти, внешних запоминающих устройств, устройств ввода-вывода)
Основные технические характеристики МП:
Тактовая частота МП определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в МП. Чем выше тактовая частота МП (при прочих равных условиях), тем выше его быстродействие. Тактовые частоты современных МП колеблются в пределах десятков – сотен МГц.
Разрядность МП – это максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно.
Понятие разрядность включает:
разрядность внутренних регистров МП ( m );
разрядность шины данных ( n );
разрядность шины адреса ( k ).
Исходя из этого, разрядность МП можно обозначить в виде m / n / k . Определяющую роль в принадлежности МП к тому или иному классу играет разрядность внутренних регистров (внутренняя длина слова). Когда говорят, что МП 64-разрядный, то имеют в виду значение m . От разрядности шины данных (внешней длины слова) зависит скорость передачи информации между МП и другими устройствами. Например, для МП с разрядностью 16/16/20 скорость передачи информации в два раза выше, чем для МП с разрядностью 16/8/20. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство МП, т.е. максимальное количество полей (обычно байтов) памяти, к которым можно осуществить доступ. Адресное пространство составляет 2 k . Например, при k =20 получим адресное пространство 1 Мбайт (2 20 байт=2 10 ·2 10 байт=2 10 ·1 Кбайт=1 Мбайт).
Архитектура МП является емким понятием, имеющим неоднозначное толкование. Архитектурой МП часто называют организацию МП с точки зрения пользователя. Описание архитектуры МП в таком понимании включает описание пользовательских возможностей программирования (в частности, состава регистров МП), системы команд, способов адресации, логической организации памяти, средств ввода/вывода и типов обрабатываемых данных. С этой точки зрения архитектуры МП считаются одинаковыми, если они способны выполнять одни и те же программы. Хотя эти МП могут отличаться друг от друга на уровне физических компонентов аппаратных средств и на уровне способов реализации узлов МП.
Основные характеристики памяти:
временем доступа (быстродействием);
потребляемой мощностью (энергопотреблением).
Время доступа – это промежуток времени, за который может быть записано или прочитано содержимое ячейки памяти после подачи ее адреса и соответствующего управляющего сигнала. Емкость определяет количество ячеек или битов в устройстве памяти. Может быть несколько устройств памяти. Стоимость измеряется денежными затратами в расчете на единицу емкости памяти. Потребляемая мощность измеряется затратами энергии в расчете на единицу емкости памяти.
Основные характеристики внешних запоминающих устройств:
продольной (вдоль дорожки) плотностью записи информации, измеряемой числом бит на единицу длины или количеством секторов стандартного размера на дорожке;
радиальной (по радиусу диска) плотностью записи информации, измеряемой числом дорожек на единицу длины или количеством дорожек на поверхности диска определенного диаметра;
средним временем доступа, являющимся суммарным среднего времени позиционирования блока магнитных головок на дорожке и среднего времени ожидания, требуемого для подхода к головкам нужного сектора;
временем перемещения блока магнитных головок на соседнюю дорожку;
Основные характеристики устройств ввода-вывода
Клавиатуры:
эргономические (общекомпоновочные решения клавиатуры в ПК; толщину клавиатуры и угол ее наклона относительно горизонтали; схему расположения клавиш, их цвет, форму и размеры; необходимое усилие для нажатия клавиши и ее свободный ход; коэффициент отражения света клавишами и всей поверхностью клавиатуры; легкость чтения надписей);
Быстродействие это число команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.
Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительность.
Производительность это объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени.
Применяются также относительные характеристики производительности. Фирма Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс iCOMP (Intel Comparative Microprocessor 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. По индексу iCOMP ПМ Pentium 100 имеет значение 810, а Pentium 133-1000.
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.
Наименьшей структурной единицей информации является бит- одна двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения - байтах (байт равен восьми битам).
1 Кбайт = байта = 1024 байт
1 Мбайт = Кбайт = байт
1 Гбайт = Мбайт = Кбайт = байт
1 Тбайт = 2 10 Гбайт
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.
Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) 2382/14-78).
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.
Точностьэто возможность различать почти равные значения (стандарт ISO - 2382/2-76).
Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).
Достоверностьэто свойство информации быть правильно воспринятой.
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.
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы класификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:
- аналоговые (непрерывного действия) АВМ
- цифровые (дискретного действия) ЦВМ
- аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.
Классификации ЭВМ по мощности и габаритов:
Рис.1 Классификация ЭВМ
Суперкомпьютеры – это самые мощные по быстродействию и производительности вычислительные машины. К супер ЭВМ относятся “Cray” и “IBM SP2” (США). Используются для решения крупномасштабных вычислительных задач и моделирования, для сложных вычислений в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, также находят применение и в финансовой сфере.
Большие машины или мейнфреймы (Mainframe). Мейнфреймы используются в финансовой сфере, оборонном комплексе, применяются для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.
Средние ЭВМ широкого назначения используются для управления сложными технологическими производственными процессами.
Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, в качестве сетевых серверов.
Микро - ЭВМ — это компьютеры, в которых в качестве центрального процессора используется микропроцессор. К ним относятся встроенные микро – ЭВМ (встроенные в различное оборудование, аппаратуру или приборы) и персональные компьютеры PC.
Современные персональные компьютеры имеют практически те же характеристики, что и мини-ЭВМ восьмидесятых годов. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня, используются как средство обработки информации в информационных системах.
К персональным компьютерам относятся настольные и переносные ПК. К переносным ЭВМ относятся Notebook (блокнот или записная книжка) и карманные персональные компьютеры (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants – PDA и Palmtop).)
По функциональным возможностям и размерам ЭВМ можно разделить (рис. 1.1) на супер-ЭВМ, большие, малые и микро-ЭВМ.
Рис. 1.1. Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам
Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ приведены в таблице 1.2.
Сравнительные параметры различных классов ЭВМ
Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.
Супер-ЭВМ - мощные, высокоскоростные вычислительные машины (системы) с производительностью от сотен миллионов до триллионов операций с плавающей точкой в секунду. Супер-ЭВМ выгодно отличаются от больших универсальных ЭВМ по быстродействию числовой обработки, а от специализированных машин, обладающих высоким быстродействием в сугубо ограниченных областях, возможностью решения широкого класса задач с числовыми расчетами.
При производительности порядка нескольких GFLOPS можно еще обойтись одним векторно-конвейерным процессором (однопроцессорные супер-ЭВМ). Создание высокопроизводительной супер-ЭВМ с быстродействием порядка TFLOPS по современной технологии на одном процессоре не представляется возможным. Это связано с ограничением, обусловленным конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/сек), так как время распространения сигнала на расстояние нескольких миллиметров (линейный размер стороны микропроцессора) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому супер-ЭВМ с такой производительностью создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.
В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч супер-ЭВМ, начиная с простых офисных до мощных: Cyber 205 (фирмы Control Data), VP 2000 (фирмы Fujitsu), VPP500 (фирмы Siemens) и др., производительностью несколько десятков GFLOPS.
Большие ЭВМ часто называют мэйнфреймами (Mainframe). Они поддерживают 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. Последнее направление - использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей - часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.
Примерами больших ЭВМ может служить семейство больших машин ЕС ЭВМ, IBM ES/9000 (1990г.), IBM S/390 (1997г.), а также японские компьютеры М1800 фирмы Fujitsu.
Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. В многопользовательском режиме поддерживаются 16 - 512 пользователей.
Основные их особенности:
- широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения,
- аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации,
- простая реализация многопроцессорных и многомашинных систем,
- высокая скорость обработки прерываний,
- возможность работы с форматами данных различной длины.
К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести:
1) специфическую архитектуру с большой модульностью;
2) лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/ стоимость;
3) широкая номенклатура периферийных устройств;
4) повышенную точность вычислений.
Мини-ЭВМ успешно применяются:
- в качестве управляющих вычислительных комплексов.
- вычислений в многопользовательских вычислительных системах,
- в системах автоматизированного проектирования,
- в системах моделирования и искусственного интеллекта,
Одними из первых мини-ЭВМ были компьютеры PDP-11 фирмы DEC (США), Система Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ1, 2,3,4,1400, 1700 и др. В настоящее время семейство мини-ЭВМ включает большое число моделей от VAX-11 до VAX 8000, супермини-ЭВМ класса VAX 9000 и др.
Микро-ЭВМ по назначению можно разделить на универсальные и специализированные.
Универсальные многопользовательские ЭВМ - это мощные микро ЭВМ, используемые в компьютерных сетях, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям. Это универсальные серверы (Server) компьютерных сетей, обрабатывающие запросы от всех станций сети, выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы.
Эту интенсивно развивающуюся группу компьютеров обычно относят к микро-ЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а супер серверы приближаются к супер-ЭВМ.
Универсальные однопользовательские ЭВМ или персональные компьютеры (ПК) должныудовлетворять требованиям общедоступности и универсальности применения и иметь следующие характеристики:
- малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
- автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
- гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
- «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения для пользователя;
- высокую надежность работы (более 5000 ч. наработки на отказ).
Наибольшей популярностью в настоящее время пользуется ПК архитектурного направления (платформы) IBM с микропроцессорами фирмы Intel. По конструктивным особенностям ПК можно разделить на стационарные и переносные (мощные переносные компьютеры (рабочие станции) массой до 15 кг; портативные (наколенные) компьютеры типа «LapTop» массой 5-10кг; компьютеры-блокноты (Note Book и Sub Note Book) массой 1,5-4 кг и др.).
Специализированные ЭВМ ориентированы на решение определенного (постоянного) класса задач в течение периода своей эксплуатации. Ориентация специализированных ЭВМ осуществляется различными способами:
- специальной аппаратурной организацией самих ЭВМ или их внешних связей;
- созданием для ЭВМ специального программного обеспечения;
- введением дополнительных аппаратных блоков, расширяющих те или иные функции, возлагаемые на ЭВМ,
Сферы использования таких ЭВМ как в нашей стране, так и за рубежом имеют устойчивую тенденцию к расширению. Можно выделить следующие основные области применения специализированных ЭВМ:
1) промышленное производство и транспорт;
2) военная техника и оборона;
3) непромышленная сфера.
Примером специализированных однопользовательских микро-ЭВМ, ориентированных для выполнения определенного круга задач (графических, инженерных, издательских и др.), являются рабочие станции (Work Station).
Специализированные многопользовательские микро-ЭВМ (спец. серверы) осуществляющие управление базами и архивами данных, многопользовательскими терминалами, поддерживающими факсимильную связь, электронную почту и др.
Специализированные серверы используются для устранения наиболее «узких» мест в работе сети, а именно: создания и управления базами и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управления многопользовательскими терминалами (принтером, плоттером и др.
Файл-сервер используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые ЗУ.
Архивационный сервер (сервер резервного копирования) предназначен для резервного копирования информации, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами.
Факс-сервер, почтовый сервер - выделенные компьютеры для организации эффективной многоадресной факсимильной связи или электронной почты.
Встраиваемые микро-ЭВМ входят составным элементом в промышленные и транспортные системы, технические устройства и аппараты, бытовые приборы. Они способствуют существенному повышению их эффективности функционирования, улучшению технико-экономических и эксплуатационных характеристик.
Специализированные однопользовательские ЭВМ или рабочие станции (Work station), - это однопользовательская система с мощным процессором и многозадачной ОС, имеющая развитую графику с высоким разрешением, большую дисковую и оперативную память и встроенные сетевые средства.
Рабочие станции появились на рынке ЭВМ почти одновременно с ПК и находились впереди по своим вычислительным возможностям. Переломным моментом в развитии рабочих станций стало появление новой архитектуры микропроцессоров RISC, позволившей резко поднять производительность ЭВМ. Современные рабочие станции сопоставимы, а иногда даже превосходят ПК по своим характеристикам. Современная рабочая станция - это не просто большая вычислительная мощность, это тщательно сбалансированные возможности всех подсистем машины, чтобы ни одна из них не стала «узким местом», сводя на нет преимущества других. Всё это в значительной мере и определяло их область применения и проблемную ориентацию: автоматизированное проектирование, банковское дело, управление производством, разведка и добыча нефти, связь, издательская деятельность и др.
Лидером на мировом рынке рабочих станций является американская фирма Sun Microsystems. Архитектура SPARC, разработанная фирмой Sun и использующаяся в её машинах, стала фактически стандартом де-факто. Традиционно доминирующей ОС на рынке рабочих станций была система Unix и ей подобные системы (Solaris и др). В последнее время наблюдается некоторый рост использования операционных систем VAX VMS и в ещё большей степени Windows NT.
Чтобы судить о возможностях эвм, их принято разделять на группы по определённым признакам, т.е. классифицировать.
Компьютер на белом фоне
Классификация эвм по таким показателям, как габариты и производительность, следующая
Большие компьютеры
Большие компьютеры (универсальные Компьютеры общего назначения) исторически появились первыми понятия классификация эвм. Их основное назначение – выполнение сложных научно-технических расчётов, решение задач математического моделирования, использование в качестве центральных машин в крупных автоматизированных системах управления. Примеры: модели фирмы IBM семейства 370 и отечественные аналоги ЕС Компьютеры.
Мини ПК
Мини ЭВМ – самый многочисленный и быстро развивающийся классификация эвм, отличаются малыми размерами, низкой стоимостью и универсальными возможностями. Они появились в 1960-е годы и широко применялись для управления технологическими процессами создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. Например: машины семейства VAX-11 фирмы DEC и их отечественный аналог – СМ-1700.
Сверхпроизводительные СуперКомпьютеры и системы ЭВМ
это самые мощные вычислительные системы. В настоящее время к ним относятся: суперЭВМ «Gray» и «IBM SP2» (США). СуперКомпьютер требуют особого температурного режима при эксплуатации, например, охлаждения жидким азотом. Их производительность несопоставима с производительностью компьютеров других классов. Например, модель «Gray-3» является 16-процессорной машиной с быстродействием более 10 млрд операций в секунду, а в модели СS 5400 число процессоров доведено до 64.
классификация эвм
Конфигурация первого IBM PC
-Процессор Intel 8088 с частотой 4.77 МГц, ёмкость ОЗУ от 16 до 256 Кбайт.
-Флоппи-дисководы емкостью 160 Кбайт приобретались за отдельную плату (можно было подключить один или два таких дисковода).
-Винчестера не было.
Ключевыми технологиями стали:
-Системная шина ISA со стандартными слотами, что позволяло вставлять в компьютер разнообразные платы расширения (видео-, звуковые, сетевые и прочие адаптеры).
-BIOS — набор системных функций, позволявший разработчику ПО абстрагироваться от деталей работы аппаратуры и не зависеть от конкретной конфигурации системы. (До этих пор всё ПО разрабатывалось только под конкретные машины и поставлялось вместе с ними).
-В IBM PC можно было использовать либо монохромный видеоадаптер MDA (текст 80×25, размер символа 9×14), либо цветной видеоадаптер CGA (текст 80×25 или 40×25, размер символа 8×8, либо графика 320×200/4 цвета или 640×200/2 цвета). Причём можно было даже вставить оба адаптера и подключить сразу два монитора, монохромный и цветной.
Основные блоки IBM
PC Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков):
·клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;
·монитора (или дисплея) — для изображения текстовой и графической информации.
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте — в "наколенном" (лэптор) или "блокнотом" (ноутбук) исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре. Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является в компьютере "главным". В нем располагаются все основные узлы компьютера:
·электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройства и т. д.);
·блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
·накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
·накопитель на жестом магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).
Содержание
Микро ПК
Микро ПК– машины на основе микропроцессора, они получили широкое распространение во всех сферах деятельности человека благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надёжности и небольшой стоимости.
Классификация персональных компьютеров
Классификация эвм, персональных компьютеров выглядит так:
а) многопользовательские, оснащённые рядом терминалов;
б) встроенные, предназначенные для управления технологическим оборудованием или подсистемой автомобиля, являясь по сути частью управляемого объекта;
в) рабочие станции, включающие в себя широкий круг достаточно мощных и дорогостоящих микро-Компьютеры, которые предназначены как для выполнения графических работ в системах автоматизированного проектирования, так и для работы в издательских системах. Рабочей станцией иногда называют компьютер, выполняющий роль хост-машины в глобальной вычислительной сети;
г) персональные Компьютеры предназначены для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированы на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники, т.е. для поддержки различных видов профессиональной деятельности. На основе эвм создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий: конструкторов, дизайнеров, технологов и т.д.;
д) портативные компьютеры (Notebook – записная книжка) по объёму значительно меньше эвм, они удобны для транспортировки. В корпусе размещены ЖК монитор и системный блок. Обычно он содержит только необходимый минимум устройств, причём большая их часть (дополнительный жёсткий диск, модем, дисководы) подключаются через специальные разъёмы;
е) электронные секретари представляют собой интеллектуальную электронную записную книжку и могут быть использованы для решения ограниченного круга задач: набора текста с помощью специального пера прямо на экране, составления несложной электронной таблицы, отправления электронной почты. Отдельные модели оснащены цветным дисплеем и миниатюрной клавиатурой.
С целью регулирования процесса развития и совершенствования аппаратных средств эвм, обеспечения совместимости с операционными системами Windows корпорации Microsoft, Intel, Compaq, начиная с 1997 г., разработали классификация эвм . При создании ежегодно обновляемых спецификаций (РС97, РС98, РС99, РС99А, РС2001 и др.) были поставлены следующие цели:
1) повысить качество аппаратных и программных средств, упростить работу и удовлетворить разнообразные запросы пользователей;
2) наладить производство аппаратных средств и драйверов для работы под управлением Windows как высококачественных, так и дешёвых, но обладающих достаточной производительностью;
3) способствовать внедрению новых конструкторских и технологических решений при создании новых моделей.
Данные спецификаций описывают архитектуру, набор устройств и требований к ним, функции BIOS, конструкцию и тип корпуса эвм и по сути являются руководством для разработки аппаратных средств. Согласно данным спецификациям на рынке компьютеров системы IBM PC классифицируются следующим образом:
- ConsumerPC – эвм для домашнего пользования, предназначенный для развлечений и игр, а также эвм , используемый в малом и ли домашнем офисе;
- OfficePC – эвм для корпоративного применения, отличающийся от ConsumerPC меньшей стоимостью и возможностью работать в локальной сети;
- Workstation – рабочая станция, используемая для работы с ресурсоёмкими приложениями: системами автоматического проектирования, банковскими программами, сложными издательскими системами;
- Mobile PC – мобильный эвм ;
- Entertainment РС – мультимедийный эвм , ориентированный на игры с 2D/3D-графикой и звуковым сопровождением; работу в Интернет; обеспечение персональной связи (электронная почта, видеотелефонная связь); интерактивное телевидением с большим разрешением. Кроме того, его можно использовать в звуковой системе домашнего кинотеатра; для игр и просмотра DVD-фильмов; в качестве источника видеосигнала для оцифровки изображения видеомагнитофона для редактирования и последующего воспроизведения видеосюжета на эвм .
Каждая из категорий эвм должна соответствовать базовому набору характеристик эвм , установленному в соответствующей спецификации.
IBM PC — первый массовый персональный компьютер производства фирмы IBM, выпущенный в 1981 году. В более широком смысле так называют всё семейство персональных компьютеров, оснащённых процессорами семейства Intel x86.
Дополнительные устройства
К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:
·принтер — для вывода на печать текстовой и графической информации;
·мышь — устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;
·джойстик — манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;
·а также другие устройства.
Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера, например:
·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.
История
До 80-х годов IBM очень активно работала по крупным заказам. Несколько раз их делало правительство, несколько раз военные. Свои мэинфреймы она поставляла как правило образовательным и научным заведениям, а также большим корпорациям. Вряд ли кто-то покупал себе домой отдельный шкаф System/360 или 370 и с десяток тумбочек-накопителей на основе магнитных лент и уже уменьшенных в пару раз по сравнению с RAMAC 305 жестких дисков.
Голубой гигант был выше нужд обычного потребителя, которому для полного счастья нужно куда меньше, чем NASA или очередному университету. Это дало шанс встать на ноги полуподвальной компании Apple с логотипом в виде Ньютона, держащего яблоко, вскоре замененного на просто надкушенное яблоко. А придумала Apple совсем простую вещь — компьютер каждому желающему. Эту идею не поддержали ни Hewlett-Packard, где ее изложил Стив Возняк, ни другие крупные ИТ-компании того времени.
Когда IBM спохватилась было уже поздно. Мир уже восхищался Apple II – самым популярным и успешным компьютером Apple за всю ее историю (а не Macintosh, как многие полагают). Но ведь лучше поздно чем никогда. Не сложно было догадаться, что этот рынок находится в самом начале своего развития. В результате появился IBM PC (модель 5150). Случилось это 12 августа 1981 года.
Самое поразительное, что это был не первый персональный компьютер IBM. Звание первого принадлежит модели 5100, выпущенной еще в 1975 году. Он был куда более компактным, чем мэинфреймы, имел отдельный монитор, хранилище данных и клавиатуру. Но он предназначался для решения научных задач. Для бизнесменов и просто любителей техники он подходил плохо. И не в последнюю очередь из-за цены, которая составляла около $20000.
Группе из 12 человек, работавшей во флоридском городе Бока Ратон под руководством Дона Эстриджа (Don Estrige), было поручено работать над Project Chess (дословно "Проект Шахматы"). Они справились с задачей примерно за год. Одним из их ключевых решений было использование разработок сторонних производителей. Это одновременно экономило множество средств и времени на собственных научных кадрах.
Изначально Дон в качестве процессора выбрал IBM 801 и специально разработанную для него операционную систему. Но немногим ранее голубой гигант выпустил в широкую продажу микрокомпьютер Datamaster (полное название System/23 Datamaster или IBM 5322), в основе которого лежал процессор Intel 8085 (немного упрощенная модификация Intel 8088). Как раз это и послужило причиной выбора для первого ПК IBM процессора Intel 8088. У IBM PC даже слоты расширения совпадали с таковыми у Datamaster. Ну а Intel 8088 потребовал новую операционную систему DOS, очень вовремя предложенную маленькой компанией из Редмонда под названием Microsoft. Не стали делать новый дизайн для монитора и принтера. В качестве первого был выбран ранее созданный японским подразделением IBM монитор, ну а печатающим устройством стал принтер производства Epson.
IBM PC продавался в различных конфигурациях. Самая дорогая стоила $3005. Она оснащалась процессором Intel 8088, работающим на частоте 4.77 МГц, который при желании мог быть дополнен сопроцессором Intel 8087, делавшим возможным вычисления с плавающей точкой. Объем ОЗУ составлял 64 Кбайта. В качестве устройства для постоянного хранения данных предполагалось использовать 5.25-дюймовые флоппи-дисководы. Их могло быть установлено одна или две штуки. Позже IBM начала поставлять модели, позволявшие подключение кассетных носителей данных.
Жесткий диск в IBM 5150 установить было нельзя из-за недостаточной мощности блока питания. Однако компания так называемый "модуль расширения" или Expansion Unit (известный также как IBM 5161 Expansion Chassis) с винчестером на 10 Мбайт. Он требовал отдельного источника питания. Кроме того, в него можно было установить второй HDD. Также он имел 5 слотов расширения, тогда как сам компьютер имел еще 8. Но для подключения Expansion Unit требовалось использовать карты Extender Card и Receiver Card, что устанавливались в модуле и в корпусе соответственно. Другие слоты расширения компьютера обычно были заняты видеокартой, картами с портами ввода/вывода и т.д. Можно было и нарастить объем ОЗУ до 256 Кбайт.
Самая дешевая конфигурация обходилась в сумму $1565. Вместе с ней покупатель получал тот же самый процессор, но оперативной памяти было всего 16 Кбайт. Не поставлялся с компьютером и флоппи-дисковод, а также не было и стандартного CGA-монитора. Зато имелся адаптер для кассетных накопителей и видеокарта, ориентированная на подключение к телевизору. Таким образом дорогая модификация IBM PC была создана для бизнеса (где, кстати, и получила довольно широкое распространение), а более дешевая — для дома.
Но была и еще одна новинка в IBM PC – базовая система ввода/вывода или BIOS (Basic Input/Output System). Он до сих пор используется в современных компьютерах, хоть и в несколько измененном виде. Новейшие системные платы уже содержат новые прошивки EFI или даже упрощенные варианты Linux, однако до исчезновения BIOS определенно еще пройдет несколько лет.
Архитектура IBM PC была сделана открытой и общедоступной. Любой производитель мог делать периферию и ПО для компьютера IBM без покупки какой-либо лицензии. Заодно голубой гигант продавал IBM PC Technical Reference Manual, где был размещен полный исходный код BIOS. В итоге год спустя мир увидел первые "IBM PC совместимые" компьютеры от Columbia Data Products. Далее последовала Compaq и другие компании.
Читайте также: