Лекции по "Информатике"

Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 - 300 рабочих мест.

Централизованная обработка  данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5 - 6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе.

Известный мэйнфрейм S/390 фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объём оперативного хранения достигает 342 Терабайт.

Производительность его  процессоров, пропускная способность  каналов, объём оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих  мест в диапазоне от 20 до 200000 с  помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей.

Десятки мэйнфреймов  могут работать совместно под  управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.

Суперкомпьютер CRAY-1

Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). 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).

Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений.

В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется  множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.

Что такое конвейеpная обработка? Приведем сравнение — на каждом рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По такому принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера.

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторые команды.

Векторная аппаратура очень  дорога, в частности, потому, что  требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.

Наиболее распространённые суперкомпьютеры — массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованую систему памяти.

В качестве примера рассмотрим характеристики многоцелевого массово-параллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 Мгц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность 1,34 Терафлоп (1 Терафлоп равен 10¹² операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски ёмкостью 2,25 Терабайт. Система весит 44 тонны (кондиционеры для неё — целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 кВт.

Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.

Элементная база —  микросхемы сверхвысокой степени интеграции.

3.11. Какие  существуют типы портативных  компьютеров?

Портативные компьютеры обычно нужны руководителям предприятий, менеджерам, учёным, журналистам, которым  приходится работать вне офиса —  дома, на презентациях или во время  командировок.

Основные разновидности  портативных компьютеров:

Laptop

Laptop (наколенник, от lap — колено и top — поверх). По размерам близок к обычному портфелю. По основным характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует настольным ПК. Сейчас компьютеры этого типа уступают место ещё меньшим.

Notebook

Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к книге крупного формата. Имеет вес около 3 кг. Помещается в портфель-дипломат. Для связи с офисом его обычно комплектуют модемом. Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD-ROM.

Многие современные  ноутбуки включают взаимозаменяемые блоки со стандартными разъёмами. Такие модули предназначены для очень разных функций. В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на магнитных дисках, запасную батарею или съёмный винчестер. Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании. Даже если он получает энергию от обычной электросети, в случае какого-либо сбоя он мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.

Palmtop

Персональный 
цифровой помощник

Palmtop (наладонник) — самые маленькие современные персональные компьютеры. Умещаются на ладони. Магнитные диски в них заменяет энергонезависимая электронная память. Нет и накопителей на дисках — обмен информацией с обычными компьютерами идет линиям связи. Если Palmtop дополнить набором деловых программ, записанных в его постоянную память, получится персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant).

3.12. Вопросы  для самоконтроля

3.1. По каким признакам можно разделять компьютеры на классы и виды?

3.2. Как эволюционировала элементная база компьютеров от поколения к поколению?

3.3. В какой последовательности возникали известные Вам языки программирования?

3.4. Когда микрокомпьютеры стали доступны для широкого домашнего применения?

3.5. Можете ли Вы связать понятия "яблоко", "гараж" и "компьютер"?

3.6. На основе каких технических элементов создавались компьютеры первого поколения?

3.7. Какую основную проблему перед разработчиками и пользователями выдвинул опыт эксплуатации компьютеров первого поколения?

3.8. Какая элементная база характерна для второго поколения компьютеров?

3.9. Какую функцию выполняет операционная система в процессе работы компьютера?

3.10. На какой элементной базе конструируются машины третьего поколения?

3.11. Из каких основных этапов состоит процесс изготовления микросхем?

3.12. Для каких поколений компьютеров характерно широкое использование интегральных схем?

3.13. Какое быстродействие характерно для машин четвёртого поколения?

3.14. Что подразумевают под "интеллектуальностью" компьютеров?

3.15. Какую задачу должен решать "интеллектуальный интерфейс" в машинах пятого поколения?

3.16. Какими особенностями должны обладать промышленные компьютеры?

3.17. Что такое операторский компьютерный интерфейс?

3.18. По каким основным признакам можно отличить мэйнфреймы от других современных компьютеров?

3.19. На какое количество пользователей рассчитаны мэйнфреймы?

3.20. Какие идеи лежат в основе архитектуры суперкомпьютеров?

3.21. На каких типах задач максимально реализуются возможности суперкомпьютеров?

3.22. Какие свойства и конструктивные особенности отличают векторные процессоры?

3.23. Назовите основные характеристики какого-либо суперкомпьютера.

3.24. Что означают в переводе на русский язык названия Laptop, Notebook, Palmtop?

3.25. Как в Palmtop компенсируется отсутствие накопителей на дисках?