Терминология в области ЭВМ, ВС и комплексов

ТЕРМИНОЛОГИЯ В ОБЛАСТИ ЭВМ, ВС И КОМПЛЕКСОВ

Хотя срок, прошедший со времени создания первой ЭВМ, и достаточно большой, однако вопросы терминологии в этой области пока что не нашли своего полного и окончательного решения. Рассмотрим наиболее распространенные определения основных терминов в области ЭВМ и вычислительных систем (ВС).

Вычислительная машина (ВМ, Computer) — совокупность технических средств, создающая возможность проведения обработки информации и получения результата в необходимой форме. В состав ВМ входит и системное программное обеспечение (ПО).

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ, Electronic Computer) — программируемое функциональное устройство, состоящее из одного или нескольких взаимосвязанных центральных процессоров, периферийных устройств, управление которыми осуществляется посредством программ, располагающихся в оперативной памяти. Эта машина может производить большой объем вычислений, содержащих большое количество арифметических, логических и других операций без вмешательства пользователя в течение периода выполнения.

В то же время ЭВМ определяют как вычислительную машину, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах.

Система обработки данных (СОД) — совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенная для информационного обслуживания пользователей и технических объектов. В состав технических средств входят сами ЭВМ, устройства сопряжения ЭВМ с объектами, аппаратура передачи данных и линии связи. СОД-система включает вычислительное оборудование и необходимый обслуживающий персонал и выполняет функции ввода-вывода, обработки, запоминания и управления для осуществления последовательности операций над данными.

СОД, настроенную на решение задач конкретной области применения, называют вычислительной системой (ВС).

Иногда вместо термина СОД используют понятие АСОИ (Автоматизированная система обработки информации, Computer-based information processing system).

Система обработки информации (СОИ, Information Processing System) — совокупность технических средств и ПО, а также методов обработки информации и действий персонала, обеспечивающая выполнение автоматизированной обработки информации.

Конфигурация СОИ — совокупность функциональных частей СОИ и связей между ними, обусловленная основными техническими характеристиками этих функциональных частей, а также требованиями решаемых задач.

Вычислительная система (Computer System) — часть, подсистема автоматизированной системы обработки информации (АСОИ), конструктивно обособленная и автономная по своему функциональному назначению. Иногда под ВС понимается совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих однородных или неоднородных ЭВМ и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема исходной информации от ее источников, обработки информации и выдачи результатов обработки потребителю информации.

Вычислительная система в общем случае включает по меньшей мере одну ЭВМ и соответствующее программное обеспечение и использует общую память для того, чтобы поместить в ней, полностью или частично программу, а также данные, необходимые для выполнения программы, введенные или запрошенные пользователем; выполняет манипуляции с данными, запрошенными пользователями, выполняет арифметические или логические операции; может выполнять самоизменяющиеся программы.

Вычислительный комплекс (ВК) — совокупность вычислительных и специальных средств, предназначенных для решения одной или нескольких широкомасштабных задач.

Многопроцессорная вычислительная система (Multiprocessor computer system) — система, в состав которой входят два или несколько процессоров.

Вычислительная сеть (сеть ЭВМ) (Computer Network) — территориально рассредоточенная многомашинная система, состоящая из взаимодействующих ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных.

Интерфейс (Interface) — совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие устройств ЭВМ или ВС, программ, а также пользователей.

Интерфейсы могут разграничивать определенные уровни внутри программного обеспечения. Например, уровень управления логическими ресурсами может включать реализацию таких функций, как управление базой данных, файлами, виртуальной памятью, сетевой телеобработкой. К уровню управления физическими ресурсами относятся функции управления внешней и оперативной памятью, управления процессами, выполняющимися в системе.

Следующий уровень отражает основную линию разграничения системы, а именно границу между системным программным обеспечением и аппаратурой. Эту идею можно развить и дальше и говорить о распределении функций между отдельными частями физической системы. Например, некоторый интерфейс определяет, какие функции реализуют центральные процессоры, а какие — контроллеры системных шин и магистралей передачи данных. Интерфейс следующего уровня определяет разграничение функций между контроллерами системных шин и контроллерами внешних устройств. В свою очередь, можно разграничить функции, реализуемые контроллерами и самими устройствами ввода-вывода (терминалами, модемами, накопителями, сетевыми адаптерами). Архитектура таких уровней часто называется архитектурой физического ввода-вывода.

Программа – это запись алгоритма в форме, понятной ЭВМ. Любая программа состоит из отдельных команд. Каждая команда предписывает определенное действие и указывает, над какими операндами это действие производится. Программа представляет собой совокупность команд, записанных в определенной последовательности в оперативной памяти, данных и программного счетчика, определяющего в каждый момент времени команду, которая будет выполнена следующей. ЭВМ, где определенным образом закодированные команды программы хранятся в памяти, известна под названием вычислительной машины с хранимой в памяти программой.

Компьютерная промышленность двигается вперед как никакая другая. Главная движущая сила — способность производителей помещать с каждым годом все больше и больше транзисторов на микросхему. Чем больше транзисторов, тем больше объем памяти и мощнее процессоры. Гордон Мур (Gordon Moore), один из основателей и бывший председатель совета директоров Intel, однажды сострил по поводу того, что, если бы авиационные технологии развивались с такой же скоростью, как компьютерные, самолеты стоили бы 500 долларов и облетали землю за 20 минут на 20 литрах топлива. Правда, для этого они должны стать размером с обувную коробку.

Он же сформулировал закон технологического прогресса, известный теперь под именем закона Мура. Когда Гордон готовил доклад для одной из промышленных групп, он заметил, что каждое новое поколение микросхем появляется через три года после предыдущего. Поскольку у каждого нового поколения компьютеров было в 4 раза больше памяти, чем у предыдущего, стало понятно, что число транзисторов на микросхеме возрастает на постоянную величину и, таким образом, этот рост можно предсказать на годы вперед. Закон Мура гласит, что количество транзисторов на одной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев,

Рис. 1.6. Закон Мура предсказывает, что количество транзисторов на одной микросхеме увеличивается на 60 % каждый год. Точки на графике — объем памяти в битах

Закон Мура связан с тем, что некоторые экономисты называют эффективным циклом. Достижения в компьютерных технологиях приводят к продукции лучшего качества и более низким ценам. Низкие цены ведут к появлению новых прикладных программ (никому не приходило в голову разрабатывать компьютерные игры, когда компьютер стоил 10 млн долларов). Новые прикладные программы приводят к возникновению новых компьютерных рынков и новых компаний. Существование всех этих компаний ведет к конкуренции между ними, которая, в свою очередь, порождает спрос на лучшие технологии. Круг замыкается.

Еще один фактор развития компьютерных технологий — первый закон программного обеспечения, названный в честь Натана Мирвольда (Nathan Myhrvold), главного администратора компании Microsoft. Этот закон гласит: «Программное обеспечение — это газ. Он распространяется и полностью заполняет резервуар, в котором находится». Программное обеспечение продолжает развиваться и порождает постоянный спрос на процессоры, работающие с более высокой скоростью, на память большего объема, на устройства ввода-вывода более высокой производительности.

С каждым годом происходит стремительное увеличение количества транзисторов на одной микросхеме. Отметим, что достижения в развитии других компонентов компьютера столь же велики. Например, у машины IBM PC/XT, появившейся в 1982 году, объем жесткого диска составлял всего 10 Мбайт. Двадцать лет спустя в системах-наследниках PC/XT устанавливаются жесткие диски емкостью 100 Гбайт. Разница на четыре порядка стала возможной благодаря ежегодному приросту емкости в 58 %. Правда, подсчитать, насколько быстро происходит совершенствование жесткого диска, гораздо сложнее, поскольку тут есть несколько параметров (объем, скорость передачи данных, цена и т. д.), но измерение любого из этих параметров покажет, что показатели возрастают по крайней мере на 50 % в год. Незаурядные достижения по части производительности дисков, равно как и то обстоятельство, что объем выручки от продажи дисков, выпущенных в Кремниевой долине, превысили аналогичный показатель по микросхемам процессоров, заставил Эла Хогланда (А1 Hoagland) предположить, что это место следовало бы назвать Железооксидной долиной.

Крупные достижения наблюдаются также и в сфере телекоммуникаций и создания сетей. Меньше чем за два десятилетия мы пришли от модемов, передающих информацию со скоростью 300 бит/с, к аналоговым модемам, работающим со скоростью 56 Кбит/с, телефонным линиям ISDN, где скорость передачи информации составляет 2 х 64 Кбит/с, и оптико-волоконным сетям, где скорость передачи уже больше чем 1 Тбит/с. Оптико-волоконные трансатлантические телефонные кабели стоят около 700 млн долларов, действуют в течение 10 лет и могут передавать 300 000 звонков одновременно, поэтому себестоимость 10-минутной межконтинентальной связи составляет менее 1 цента. Лабораторные исследования подтвердили, что возможны системы связи, работающие со скоростью 1 Тбит/с (1012 бит/с) на расстоянии более 100 км без усилителей. Едва ли нужно упоминать здесь о развитии Интернета.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Классификация ЭВМ и ВС является довольно сложным процессом, так как существует слишком много признаков, по которым их можно классифицировать. При этом в разных ситуациях эти признаки имеют различное значение. Ранее ЭВМ классифицировались по стоимости, производительности, объему памяти и другим характеристикам, однако сегодня чаще всего используется классификация ЭВМ по областям применения. Для вычислительных систем — объектов в общем случае более сложных, чем ЭВМ, — число используемых классификационных признаков существенно больше.

Классификация ЭВМ

При рассмотрении классификации ЭВМ в качестве основного признака классификации, как правило, принимают область их применения. В соответствии с этим признаком можно выделить следующие классы ЭВМ:

• настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции);

• портативные (переносимые) ЭВМ;

• серверы;

• мейнфреймы;

• супер-ЭВМ.

Следует отметить, что, помимо областей применения, данное разделение основывается также на существенном различии архитектур указанных классов ЭВМ.

Настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции)

Под персональным компьютером или персональной ЭВМ (ПК, или ПЭВМ) понимают настольную ЭВМ, имеющую эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности.

Персональные компьютеры появились практически одновременно с началом массового выпуска микропроцессоров. Благодаря низкой стоимости ПК очень быстро завоевали твердые позиции на компьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя. Необходимо заметить, что отличительной особенностью ПК с самого начала их производства является ориентация на широкого потребителя-непрофессионала.

Под рабочими станциями обычно понимают настольные системы высокой производительности. Основным отличием рабочих станций от ПК является ориентация на профессиональных пользователей. Рабочие станции — это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода-вывода.

Несмотря на непрерывное интенсивное развитие вычислительной техники, на протяжении нескольких лет остается справедливой классификация настольных систем по ценовому признаку. По этому критерию различают:

• системы «начального уровня», которые строятся с использованием комплектующих, представленных на рынке в течение не менее 1-2 лет; моральное устаревание подобных ЭВМ происходит в течение 1-2 лет, но при этом данные модели имеют весьма низкую цену;

• системы «среднего уровня» строятся на базе наиболее распространенных на данный момент комплектующих, срок пребывания на рынке которых не превышает полугода; моральное устаревание данных систем происходит в течение 2-3 лет, тем не менее данный класс предлагает оптимальное соотношение «производительность/ стоимость»;

• системы «высшего уровня» (high-end) строятся на базе наиболее производительных (и наиболее дорогих) на данный момент комплектующих; моральное устаревание подобных систем происходит не раньше, чем через 4-5 лет, но, как правило, данные модели отличаются наиболее высокой ценой.

Как правило, с течением времени модели постепенно переходят из класса high-end в средний класс, и далее — в класс начального уровня. При этом, однако, производители комплектующих (в первую очередь центральных процессоров), стараются сразу позиционировать новые разработки для того или иного класса. Для систем начального уровня используются упрощенные архитектуры или не прошедшие испытания на высокие тактовые частоты изделия. Примером может служить линейка микропроцессоров Intel-Celeron («начальный уровень»), Pentium («средний класс») и Xeon («high-end»).

На сегодняшний день быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров в сочетании с постоянным снижением цен на эти изделия и развитием технологии локальных шин делают современные персональные компьютеры весьма привлекательной альтернативой рабочим станциям. В свою очередь, рабочие станции «начального уровня» по стоимостным характеристикам близки к высокопроизводительным ПК.

Более того, в 1999 г. был введен в действие международный классификационный стандарт («спецификация 99»), фактически объединяющий ПК и рабочие станции. В соответствии с этим стандартом принято следующее деление ПК.