Эвобция ЭВМ

       Появление в 70-х годах малых  ЭВМ обусловлено, с одной стороны,  прогрессом в области электронной  элементной базы, а с другой  – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управления технологическими процессами. Они более компактны и значительно дешевле больших ЭВМ.

       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.

       Изобретение в 1969 году микропроцессора  привело к появлению в 70-х  годах еще одного класса ЭВМ – микроЭВМ. Именно наличие микропроцессора служило первоначально определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ [1].

       Можно привести следующую классификацию  микроЭВМ:

     1.    Универсальные  

     8

      1.1.        Многопользовательские микроЭВМ – это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

      1.2.        Персональные  компьютеры – однопользовательские микроЭВМ удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения

      2.    Специализированные 

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

      2.2.        Серверы –  многопользовательские мощные микроЭВМ  в вычислительных сетях, 

     выделенные  для обработки запросов от всех станций  сети.

       Конечно, вышеприведенная классификация весьма условна, ибо мощный современный персональный компьютер, оснащенные проблемно-ориентированным программным и аппаратным обеспечением, может использоваться и как полноправная рабочая станция, и как многопользовательная микроЭВМ, и как хороший сервер, но по своим характеристикам почти не уступающий малым ЭВМ.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     9

     2.2. Основные виды ЭВМ. 

     2.2.1. СуперЭВМ.  К  СуперЭВМ относятся  мощные многопроцессорные вычислительные  машины с быстродействием сотни  миллионов – десятки миллиардов  операций в секунду.

       Типовая модель суперЭВМ 2000 г.  по прогнозу будет иметь следующие  характеристики:

      -         высокопараллельная  многопроцессорная вычислительная  система с быстродействием примерно 100000 MFLOPS;

      -         емкость:  оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1 – 10 Тбайт (или 1000 Гбайт);

      -         разрядность  64;  128 бит. 

       Фирма Cray Research  намерена в 2000 г. создать суперЭВМ производительностью  1 TFLOPS = 1000000 MFLOPS.

       Создать такую высокопроизводительную  ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным в виду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны микропроцессора) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поятому суперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

       Высокопараллельные МПВС имеют  несколько разновидностей:

      - магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD)

      - векторные МПВС, в которых все  процессоры одновременно выполняют  одну команду над различными  данными – однократный поток  команд с многократным потоком  данных (ОКМД или SIMD).

      - матричные МПВС, в которых микропроцессоры  одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных (МКМД или MIMD).

       В суперЭВМ используются все  три варианта архитектуры МПВС:

      - структура MIMD в классическом  ее варианте (например, в суперкомпьютере  BSP фирмы Burroughs

      - параллельно-конвейерная модификация,  иначе, MMISD, т.е. многопроцессорная  MISD- архитектура (например, в суперкомпьютере  «Эльбрус 3»).

      - параллельно-векторная модификация,  иначе, MSIMD, т.е. многопроцессорная  SIMD-архитектура (например, в суперкомпьтере Cray 2).

       Наибольшую эффективность показала MSIMD-архитектура, поэтому в современных  суперЭВМ чаще всего используется  именно она (суперкомпьютеры фирм Cray, Fujistu, NEC, Hitachi и др.)  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     10

     2.2.2. Большие ЭВМ за рубежом часто  называют мэйнфреймами (Mainframe). К мейнфреймам относятся, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

      -         производительность  не менее 10 MIPS;

      -         основную  память емкостью от 64 до 10000 MIPS;

      -         внешнюю  память не менее 50 Гбайт;

     -         многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

       Основные направления эффективного  применения мейнфреймов – 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 мейнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

       Родоначальником современных больших  ЭВМ, по стандартам которой  в последние несколько десятилетий  развивались ЭВМ этого класса  в большинстве стран мира, является  фирма IBM.

       Среди лучших современных разработок  мейнфреймов за рубежом в первую  очередь следует отметить: американский IBM 390, IBM 4300, (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 году, и IBM ES/9000, созданные в 1990 году, а также японские компьютеры M 1800 фирмы Fujitsu.  
 
 
 
 
 
 
 
 

     11

     2.2.3. Малые ЭВМ – надежные, недорогие   и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мейнфреймами возможностями.

     2.2.4. МикроЭВМ. Мини-ЭВМ (и наиболее  мощные из них супермини-ЭВМ)  обладают следующими характеристиками:

      -         производительность  до 100 MIPS;

      -         емкость  основной памяти – 4-512 Мбайт; 

      -         емкость  дисковой памяти  - 2-100  Гбайт; 

      -         число поддерживаемых  пользователей – 16-512.

       Все модели мини-ЭВМ разрабатываются  на основе микропроцессорных  наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, аппаративная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

       К достоинствам мини-ЭВМ можно  отнести: специфичную архитектуру  с большой модульностью, лучше,  чем у мейнфреймов, соотношение  производительность/цена, повышенная точность вычислений.

       Мини-ЭВМ ориентированы на использование  в качестве управляющих вычислительных  комплексов. Традиционная для подобных  комплексов широкая номенклатура  периферийных устройств дополняется  блоками межпроцессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.

       Наряду с использованием для  управления технологическими процессами  мини-ЭВМ успешно применяется  для вычислений в многопользовательских  вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

       Персональный компьютер для удовлетворения  потребностям общедоступности и  универсальности  должен 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, обусловливающую  возможность работы с ней пользователя  без специальной профессиональной подготовки.

       За рубежом самыми распространенными  моделями  ПК в настоящее время  являются IBM PC с микропроцессорами  Pentium и Pentium Pro.

       Персональные компьютеры можно  классифицировать по ряду признаков.  По поколениям ПК делятся следующим  образом: 

      -         ПК 1-го поколения  – используют 8-битные микропроцессоры; 

      -         ПК 2-го поколения  – используют 16-битные микропроцессоры; 

      -         ПК 3-го поколения  – используют 32-битные микропроцессоры; 

      -         ПК 4-поколения  – используют 64-битные микропроцессоры.

       Классификация ПК по конструктивным  особенностям:

      1.    Стационарные.

      2.                Переносные компьютеры – быстроразвивающийся  подкласс ПК. По прогнозу специалистов  к 2001 году более 81% пользователей  будет использовать именно переносные машины. Большинство переносных компьютеров имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться к сети.

     12

       Переносные компьютеры весьма  разнообразны от громозких и  тяжелых (до 15 кг) портативных рабочих  станций до миниатюрных электронных записных книжек массой около 100 г. Рассмотрим кратко некоторые типы переносных ПК:

       Портативные рабочие станции  – наиболее мощные и крупные  переносные ПК. Они оформляются  часто в виде чемодана. Их характеристики  аналогичны характеристикам стационарных ПК – рабочих станций: мощные микропроцессоры, часто типа RISC, с тактовой частотой до 300 МГц,  оперативная память емкостью до 64 Мбайт, гигабайтные дисковые накопители, быстродействующие интерфейсы и мощные видеоадаптеры с видеопамятью до 4 Мбайт. Этот тип ПК может эффективно использоваться для выездных презентаций, особенно при наличии средств мультимедиа, но может с успехом применяться и в стационарном варианте, позволяя экономить место на рабочем столе.

       Портативные (наколенные) компьютеры  типа «Lap Top» оформляются в виде небольших чемоданчиков размером с «дипломат», их масса обычно в пределах 5-10 кг. Аппаратное и программное обеспечение позволяет им успешно конкурировать с лучшими стационарными ПК. В современных Lap Top часто используются микропроцессоры Pentium, Pentium Pro с большой тактовой частотой (до 200 МГц); оперативная память до 64 Мбайт; накопитель на жестком диске емкостью до 1200 Мбайт, часто съемный, возможно использование CD-ROM  и другого мультимедийного обеспечения.