Какие существуют классификации компьютерной техники
Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по принципу действия, назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствие внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика. В данном разделе рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса:
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают.
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) — вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) — вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
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.
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) — вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации — электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО РАЗМЕРАМ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ВОЗМОЖНОСТЯМ
Большие ЭВМ
Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Первая большая ЭВМ ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 г. (в 2006 г. отмечалось 60-летие создания первой ЭВМ). Эта машина имела массу более 50 тонн, быстродействие несколько сотен операций в секунду, оперативную память емкостью 20 чисел; занимала огромный зал площадью около 100 кв. м.
Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймамu (Main-frame). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:
– производительность не менее 100 MIPS;
– основную память емкостью от 1000 до 30 000 Мбайт;
– внешнюю память не менее 100 Гбайт;
– многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).
Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление – использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.
В настоящее время большие ЭВМ применяют для обслуживания крупных областей народного хозяйства. Доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса занимает фирма IBM (США).
На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, который содержит несколько отделов или групп. Штат обслуживания - десятки людей. Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом.
Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.
К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием десятки миллиардов операций в секунду.
СуперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС), которые бывают следующих разновидностей:
– магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных;
– векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными;
– матричные МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных.
Первая суперЭВМ была задумана в 1960 г. и создана в 1972 г. (машина ILLIAC IV с производительностью 20 MFLOPS), а начиная с 1974 г. лидерство в разработке суперЭВМ захватила фирма Cray Research, выпустившая ЭВМ Cray1 производительностью 160 MFLOPS и объемом оперативной памяти 64 Мбайта, а в 1984 г. – ЭВМ Cray 2, в полной мере реализовавшую архитектуру MSIMD и ознаменовавшую появление нового поколения суперЭВМ. Производительность Cray 2 – 2000 MFLOPS, объем оперативной памяти – 2 Гбайта.
В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ (в 1991 г. – 900 шт.), начиная от простеньких офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP C90 фирмы Cray Research, Cyber 205 фирмы Control Data, SX-3 и SXX фирмы NEC, VP 2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (ФРГ) и др.
Похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров.
Появление в 70-х гг. малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений.
Малые ЭВМ (мини ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.
К достоинствам мини ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений. Они более компактны и значительно дешевле больших ЭВМ.
Мини ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.
Родоначальником современных мини ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor – программно-управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation – Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ – Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): CM 1, 2, 3, 4, 1400, 1700 и др.
Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению супермини ЭВМ – вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых ЭВМ, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.
В настоящее время мини ЭВМ используют на крупных предприятиях, научных учреждениях и организациях. Часто используют для управления производственными процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, которые наращиваются до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы с мини ЭВМ, нужен вычислительный центр, но меньший чем для больших ЭВМ.
Изобретение микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х гг. еще одного класса ЭВМ – микро ЭВМ. Именно наличие МП служило первоначально определяющим признаком микро ЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ. К этой группе ЭВМ можно отнести персональные компьютеры (рабочие станции, серверы, переносные компьютеры).
Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях – серверы. Серверы обычно относят к микро ЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.
Персональные компьютеры бурное развитие приобрели в последние 20 лет. Персональный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. С появлением Интернета популярность ПК значительно возросла, поскольку с помощью персонального компьютера можно пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией. Персональные компьютеры условно можно поделить на профессиональные и бытовые, но в связи с удешевлением аппаратного обеспечения, грань между ними размывается.
С 1999 года введен международный сертификационный стандарт - спецификация РС99:
– массовый персональный компьютер (Consumer PC);
– деловой персональный компьютер (Office PC);
– портативный персональный компьютер (Mobile PC);
– рабочая станция (WorkStation);
– развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC).
Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают до категории массовых ПК. Деловые ПК - имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации отдаленного доступа (компьютерная связь). Рабочие станции - увеличенные требования к устройствам хранения данных. Развлекательные ПК - основной акцент на средствах воспроизведения графики и звука.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПК ПО УРОВНЮ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ
ПК позволяющие решать различного рода задачи, например, работа с графикой, текстом, музыкой, видео и т.п. относятся к универсальным. Специализированные ПК призваны решать узкий круг задач, например, слежение за состоянием здоровья тяжело больного в больнице или для поддержания и управления систем охраны зданий и помещений и т.д.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПК ПО РАЗМЕРУ И ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ
– настольные (DeskTop – настольный);
– переносные (LapTop - наколенный);
– портативные (NoteBook – записная книга);
– карманные (PalmTop - налодонный).
Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко изменять конфигурацию.
Портативные и переносные компьютеры – также быстроразвивающийся подкласс персональных компьютеров.
В настоящее время, часто компьютеры из класса портативных и переносных объединяют в одну группу - переносных.
Большинство переносных компьютеров имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться и к сети.
В качестве видеомониторов у них применяются плоские жидкокристаллические дисплеи, реже – люминесцентные для презентаций или газоразрядные.
Наращивание аппаратных средств у многих переносных компьютеров выполняется подключением плат специальной конструкции, так называемых PCMCIA-карт (спецификация Personal Computer Memory Card Interna-tional Association, первоначально ориентированная лишь на платы памяти). Большинство PCMCIA-карт поддерживают технологию Plug and Play, не требующую при установке дополнительной платы выключения ПК или какой-либо его дополнительной настройки.
Переносные компьютеры весьма разнообразны: от громоздких и тяжелых (до 15 кг) рабочих станций до миниатюрных электронных записных книжек массой около 100 г. Рассмотрим кратко приведенные в классификации типы переносных ПК и приведем их характеристики.
Портативные (наколенные) компьютеры (LapTop) оформляются в виде небольших чемоданчиков размером с «дипломат», их масса обычно в пределах 2 – 10 кг. Аппаратное и программное обеспечение позволяет им успешно конкурировать с лучшими стационарными ПК. В современных LapTop часто используются мощные микропроцессоры, например, относительно новый процессор Intel CORE DUO с частотой каждого ядра в несколько гигагерц.
Компьютеры-блокноты (NoteBook или Omni Book – «вездесущие») выполняют все функции настольных ПК. Конструктивно они оформлены в виде миниатюрного чемоданчика (иногда со съемной крышкой) размером с небольшую книгу. По своим характеристикам во многом совпадают с LapTop, отличаясь от них лишь размерами и несколько меньшими объемами оперативной и дисковой памяти (НГМД и винчестер часто внешние).
Карманные компьютеры (PalmTop) имеют массу около 300 г имеют широкие функциональные возможности, в частности: аппаратное и встроенное программное обеспечение, ориентированное на организацию электронных справочников, хранящих имена, адреса и номера телефонов, информацию о распорядке дня и встречах, списки текущих дел, записи расходов и т.п.), встроенные текстовые, а иногда и графические редакторы, электронные таблицы.
Для того чтобы полностью освоить, понять и выстроить свое мнение по данной теме, необходимо, конечно же, начать с определения понятий. И в первую очередь, узнаем, что же такое «компьютерная техника».
Компьютерная техника – комплексное понятие, описывающее весь спектр производимых компьютерных систем, от небольшого наладонника до сверхмощного суперкомпьютера. В последнее время часто этим понятием обобщают также периферийное и офисное оборудование, а иногда даже комплектующие для различных типов компьютеров, описываемые иначе, как аппаратное обеспечение. Тем не менее, чаще всего, говоря о компьютерной технике, подразумевают сами компьютеры или отдельно стоящее оборудование, которое работает совместно с компьютерами и обеспечивает некоторую дополнительную функциональность (печать или сканирование документов, доступ к Сети, защиту от сбоев питания и т.п.).
Проще говоря, компьютерная техника – это набор программируемых и электронно-вычислительных устройств, позволяющих работать с большим количеством различных данных, а также хранить, обрабатывать, использовать и передавать самую разную информацию (текстовую, графическую, видео, аудио и пр.).
Понятие компьютерной техники вбирает в себя не только аппаратное, но также и программное обеспечение, устанавливаемых на данных типах устройств и обеспечивающее поддержку выполнения их базовых функций. Практически, сами устройства и работающие на них программы рассматриваются в рамках него, как составляющие единого аппаратно-программного комплекса.
Средства компьютерной техники предназначены в основном для реализации комплексных технологий обработки и хранения информации и являются базой интеграции всех современных технических средств обеспечения управления информационными ресурсами.
Далее рассмотрим, какие же существуют виды компьютерной техники. Существуют различные классификации компьютерной техники:
· по этапам развития (по поколениям);
· по условиям эксплуатации;
· по количеству процессоров;
· по потребительским свойствам и т.д.
Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.
Например, по производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на:
· микрокомпьютеры, в том числе — персональные компьютеры;
· мэйнфреймы (универсальные компьютеры);
· Компьютеры по условиям эксплуатации делятся на:
Офисные 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 заданный класс задач наиболее эффективно.
Остановимся более подробно на следующем виде классификации:
Современные средства компьютерной техники могут быть классифицированы следующим образом:
1. персональные компьютеры
2. корпоративные компьютеры
Также существуют такие виды как:
1. компьютерная периферия
2. сетевое оборудование
Данная классификация достаточно условна, поскольку интенсивное развитие технологий производства электронных компонентов и значительный прогресс в совершенствовании архитектуры компьютеров и наиболее важных составляющих их элементов приводят к размыванию границ между указанными классами средств вычислительной техники.
Кроме того, рассмотренная классификация учитывает только автономное использование вычислительных систем. В настоящее время преобладает тенденция объединения разных вычислительных систем в вычислительные сети различного масштаба, что позволяет интегрировать информационно-вычислительные ресурсы для наиболее эффективной реализации информационных технологий.
1. Персональные компьютеры представляют собой вычислительные системы, все ресурсы которых полностью направлены на обеспечение деятельности одного рабочего места управленческого работника. Это наиболее многочисленный класс средств вычислительной техники, в составе которого можно выделить персональные компьютеры IBM PC и совместимые с ними, а также персональные компьютеры Macintosh фирмы Apple. Интенсивное развитие современных информационных технологий связано именно с широким распространением с начала 80-х годов персональных компьютеров, сочетающих относительную дешевизну с достаточно широкими для непрофессионального пользователя возможностями.
2. Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ или mainframe) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность многих управленческих работников в рамках одной организации, одного проекта, одной сферы информационной деятельности при использовании одних и тех же информационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские вычислительные системы, имеющие центральный блок с большой вычислительной мощностью и значительными информационными ресурсами, к которому подсоединяется большое количество рабочих мест с минимальной оснащенностью (видеотерминал, клавиатура, устройство позиционирования типа «мышь» и возможно, устройство печати). В принципе в качестве рабочих мест, подсоединенных к центральному блоку корпоративного компьютера, могут быть использованы и персональные компьютеры. Область использования корпоративных компьютеров – реализация информационных технологий обеспечения управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях, организация различных информационных систем, обслуживающих большое количество пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов для оказания транспортных услуг населению и т.п.).
3. Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов. Технические параметры суперкомпьютера значительно превосходят большинство существующих компьютеров. Они используются в военной и космической областях деятельности, в фундаментальных научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды.
Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов. Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).
К суперкомпьютерам относятся мэйнфреймы, которые предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами.
Наиболее экономичным видом современных суперкомпьютеров является персональный суперкомпьютер на основе графических процессоров GPU. За счёт применения возможностей архитектуры CUDA графические процессоры используются в качестве вычислителей. Установленные в десктопный ПК графические вычислители могут предоставлять мощности до 4 терафлоп на каждом индивидуальном рабочем месте. Примером графических адаптеров для построения персональных суперкомпьютеров являются вычислители NVIDIA Tesla . Персональный суперкомпьютер позволяет исследователям решать ресурсоёмкие задачи, не обращаясь к массивным кластерным системам, значительно ускоряя работу.
К компьютерной периферии относятся принтеры, плоттеры, терминалы, сканеры, устройства бесперебойного питания. Данный вид устройств достаточно известен общественности, кроме того, наша современная жизнь просто немыслима без них, как впрочем, и без персональных компьютеров.
Далее приведем конкретные определения к каждому виду компьютерной периферии.
Сканер — устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. В большинстве сканеров для преобразования изображения в цифровую форму применяются светочувствительные элементы на основе приборов с зарядовой связью.
Плоттер — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером доA0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока).
Источник бесперебойного питания — автоматическое устройство, позволяющее подключенному оборудованию некоторое (как правило — непродолжительное) время работать от аккумуляторов ИБП, при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы. Кроме того, оно способно корректировать параметры (напряжение, частоту) электропитания. Часто применяется для обеспечения бесперебойной работы компьютеров. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии.
К сетевому оборудованию относятся устройства, назначением которых является поддержание возможности передачи данных по компьютерным сетям. К таким устройствам относятся маршрутизаторы, коммутаторы, модемы.
Маршрутизатор или роутер,— сетевое устройство, на основании информации отопологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети.
Сетевой коммутатор или свитч — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Модем — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).
Таким образом, в заключении, можно сделать следующий вывод о том, что в современных условиях невозможно представить жизнь человека без компьютерной техники. Все люди, так или иначе, взаимодействуют с компьютерами, неважно прямо или косвенно. Ни одна организация не сможет эффективно выполнять свою деятельность без компьютерной техники. С развитием техники облегчалась жизнь людей, становится проще жить и работать. Буквально каждый день придумывается что-то новое, в связи с этим техника очень быстро стареет, в том смысле, что компьютеры модернизируются очень быстро. Безусловно, существование компьютеров – это очень хорошо для современной жизни, немыслимой без техники.
Рынок современных компьютеров отличается разнообразием и динамизмом, каких еще не знала ни одна область человеческой деятельности. Практика показала, что для решения различных задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Почти каждое десятилетие меняются поколения ЭВМ, каждые два года основные типы микропроцессоров, определяющих основные характеристики новых ЭВМ. Такие темпы сохраняются уже многие годы. В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Например, еще десятилетие назад в основном использовалась классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию:
1 подход к классификации средств вычислительной техники
Аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых информация представляется в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных какими-либо физическими величинами.
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ), в которых информация представляется в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений какой-либо физической величины (цифр)
Каждый из этих способов представления информации имеет свои преимущества и недостатки. Основным достоинством ЦВМ, определившим их широкое распространение и преобладание среди всех ЭВМ, является то, что точность получаемых с их помощью результатов вычислений не зависит от точности, с которой они сами (т.е. ЦВМ) изготовлены. Точность же результатов вычислений с помощью АВМ непосредственно зависит от точности устройства самой АВМ.
Классы персональных компьютеров
Рис. 1. Электронные органайзеры, калькуляторы, электронные игры
- "перьевые”, планшетные ПК (Penbased или Tablets) - ПЭВМ со специализированным набором функций, управляемые при помощи специального “пера” (перьевого манипулятора). Среди “перьевых”, планшетных ПК имеются ПЭВМ, размером ручных, карманных и калькуляторов. Наиболее широко возможность управления при помощи пера используется в персональных цифровых ассистентах PDA.
Рис. 2. Планшетные компьютеры: (а) Skeye.pad SL и (б) DynaBook SS3500
Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.
Рассмотрим несколько классификаций:
По этапам развития (по поколениям)
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
К первому поколению (1946-1958) относят машины, построенные на электронных лампах накаливания. В эту группу входят машины, созданные в период, начинающийся с электронной вычислительной машины «EDSAC» и заканчивающийся примерно в конце пятидесятых годов. Эти машины стоили очень дорого, занимали огромные площади, были не совсем надежны в работе, имели маленькую скорость обработки информации и могли хранить очень мало данных. Создавались они в единичных экземплярах и использовались в основном для военных и научных целей. В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины БЭСМ и М-20. Типичная скорость обработки данных для машин первого поколения составляла 5-30 тысяч арифметических операций в секунду.
Машины третьего поколения (1964-1972) выполнены на так называемых интегральных схемах, которые сокращенно обозначают ИС. Площадь такой схемы порядка одного квадратного миллиметра, но по своим функциональным возможностям интегральная схема эквивалентна сотням и тысячам транзисторных элементов. Из-за очень маленьких размеров и толщины интегральную схему иногда называют микросхемой, а также чипом (chip - тонкий кусочек). Благодаря переходу от транзисторов к интегральным схемам изменились стоимость, размер, надежность, скорость и емкость машин. Это машины семейства IBM/360. Популярность этих машин оказалась настолько велика, что во всем мире их стали копировать или выпускать похожие по функциональным возможностям и совпадающие по способам кодирования и обработки информации. Причем программы, подготовленные для выполнения на машинах IBM, с успехом выполнялись на их аналогах, так же как и программы, написанные для выполнения на аналогах, могли быть выполнены на машинах IBM. Такие модели машин принято называть программно-совместимыми. В нашей стране такой программно-совместимой с семейством IBM/360 была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей. Начиная с третьего поколения вычислительные машины становятся повсеместно доступными и широко используются для решения самых различных задач. Характерным для этого времени является коллективное использование машин, так как они все еще достаточно дороги, занимают большие площади и требуют сложного и дорогостоящего обслуживания. Носителями исходной информации все еще являются перфокарты и перфоленты, хотя уже значительный объем информации сосредотачивается на магнитных носителях - дисках и лентах. Скорость обработки информации у машин третьего поколения достигала нескольких миллионов операций в секунду.
Четвертое поколение (1972 - настоящее время. Происходит переход от обычных интегральных схем к большим интегральным схемам (БИС). Если обычные интегральные схемы эквивалентны тысячам транзисторных элементов, то большие интегральные схемы заменяют уже десятки и сотни тысяч таких элементов. Среди них следует упомянуть семейство машин IBM/370, а также модель IBM 196, скорость которой достигла 15 миллионов операций в секунду. Отечественными представителями машин четвертого поколения являются машины семейства «Эльбрус». Отличительная черта четвертого поколения - наличие в одной машине нескольких (обычно 2-6, иногда до нескольких сотен и даже тысяч) центральных, главных устройств обработки информации - процессоров, которые могут дублировать друг друга или независимым образом выполнять вычисления. Такая структура позволяет резко повысить надежность машин и скорость вычислений. Другая важная особенность - появление мощных средств, обеспечивающих работу компьютерных сетей. Это позволило впоследствии создавать и развивать на их основе глобальные, всемирные компьютерные сети.
В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них – это традиционный компьютер. Но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином «интеллектуальный интерфейс». Его задача – понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.
Существуют различные классификации компьютерной техники:
1. по этапам развития (по поколениям);
2. по архитектуре;
3. по производительности;
4. по условиям эксплуатации;
По количеству процессоров и т.д.
Классификация по поколениям.
Поколение ЭВМ-период развития вычислительной техники, отмеченный относительной стабильностью архитектуры и технических решений.
Деление компьютерной техники на поколения – нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Схема поколений обычно связана с переходом на новую элементную базу, что приводит к скачку в росте основных характеристик ЭВМ.(новая элементная база, новые технологии производства, новый состав программного обеспечения, новые области применения)
Первое поколение.
Компьютеры, созданные на рубеже 50–х годов. В их схемах использовались электронно-вакуумные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Первые компьютеры выполняли только основные математические действия (сложение, вычитание, умножение, деление)
Второе поколение.
Компьютеры, созданные примерно в 1955–65 гг. Характеризуются использованием в них транзисторов(полупроводников). Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. Появились операционные системы и программы. Для этих машин потребовалась специальность «оператор ЭВМ». Лучшая отечественная ЭВМ этого поколения- БЭСМ 6.
Операционная система – важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации и организации процесса обработки программ, ввода–вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.
Третье поколение.
Созданы примерно после 60–x годов – это семейства машин с единой архитектурой.(стандартизация физических и логических интерфейсов различных устройств компьютера- стандартизация разъёмов для подключения, систем команд управления и т.д.). В качестве элементной базы в них используются интегральные микросхемы.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы и обладают возможностями многозадачности, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Это поколение машин позволяет нескольким пользователям работать с одной ЭВМ.
Четвёртое поколение.
Это нынешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Производительность - миллиарды операций в секунду, использование быстродействующих запоминающих устройств ёмкостью в десятки и сотни гигабайт, много процессорных систем и компьютерных сетей, мультимедийных систем и систем искусственного интеллекта. Основная элементная база- СБИС (сверхбольшие интегральные схемы).
Классификация по производительности и характеру использования
Персональный компьютер (ПК) – это компьютер универсального назначения, рассчитанный на одного пользователя и управляемые одним человеком.
Суперкомпьютеры – это очень мощные компьютеры. Эти машины выполняют более триллиона вычислений в секунду – 1 TFLOPS (произносится терафлопс, 1 терафлоп – 10 12 операций с плавающей точкой в секунду).
Суперкомпьютеры используются для решения сложных задач и больших научных проектов (метеорология, гидродинамика, математическое моделирование различных процессов и явлений и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.
2 подход к классификации средств вычислительной техники
Еще десятилетие назад в основном использовалась классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию.
СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.
Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.
3 подход к классификации средств вычислительной техники
С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети. Согласно ему классификация принимает следующий вид.
Мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми хранилищами информации - предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.
Кластерные структуры - представляют собой многомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность, надежность, готовность и другие характеристики.
Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс - серверы, почтовые, коммуникационные, Web-серверы и др.
Рабочие станции – представляют собой наличие в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПЭВМ, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.
Сетевые компьютеры - представляют собой упрощенные персональные компьютеры, вплоть до карманных персональных компьютеров. Они становятся еще одним стандартом, объединяющим целый класс компьютеров, который получает массовое производство и распространение. Их применение позволяет аккумулировать вычислительные мощности и все виды вычислительных услуг на серверах в сетях ЭВМ. В связи с этим отпадает необходимость каждому пользователю иметь собственные автономные средства обработки. Очень многие из них могут обращаться к вычислительным ресурсам сетей с помощью простейших средств доступа - сетевых компьютеров. Требуемая информация и нужные виды ее обработки будут выполнены серверами сети, а пользователи получают уже готовые, требуемые им результаты.
Уже теперь понятие “сетевой компьютер” отождествляется с целым спектром моделей, различающихся своими функциональными возможностями. Чаще всего под сетевым компьютером понимают достаточно дешевый компьютер с малой оперативной памятью, с отсутствием жесткого и гибкого дисков и со слабым программным обеспечением. Стоимость сетевого компьютера должна быть намного ниже стоимости персонального компьютера достаточно сложной конфигурации.
Классификация сетевых компьютеров
- Windows-терминалы (Windows-based Terminal, WBT) – настольные и мобильные персональные компьютеры (ПК) с операционной системой Windows СЕ. Рассчитаны на запуск приложений на сервере и получение от него данных;
- простейшие универсальные сетевые компьютеры (“тонкие клиенты”) – настольные ПК с доступом к различным сетевым ресурсам. Практически все требуемые пользователям программы должны выполняться на сервере;
- сетевые компьютеры Java (Java Net PC), способные выполнять простейшие Java-программы;
- достаточно мощные сетевые компьютеры (Net PC) – настольные ПК с резидентной операционной системой, способные работать с большинством приложений.
Читайте также: