Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

4.3. Классификация ЭВМ

Порядок —это хаос, к которому привыкли.

Роберт Лембке

Число классификаций ЭВМ велико, и они постоянно совершенствуются. Однако мала вероятность появления такой исчерпывающей классификации ЭВМ, как, например, созданная Д.И. Менделеевым «Периодическая таблица химических элементов», которая позволяет предсказать свойства неизвестного науке химического элемента.

Компьютеры могут быть классифицированы (упорядочены) но различным признакам, в частности:

но принципу действия (аналоговые вычислительные машины - АВМ, цифровые вычислительные машины - ЦВМ, гибридные вычислительные машины - ГВМ);

по функциональным возможностям (универсальные, проблемно-ориентированные и специализированные ЭВМ);

по числу потоков и команд (SISD, MISD,

SIMD, MIMD);*

по этапам создания и элементной базе (на

электромагнитных реле, электронных лампах, транзисторах, микросхемах малой степени интеграции, микросхемах большой степени интеграции);

по размерам и вычислительной мощности (суперЭВМ, большие ЭВМ, малые ЭВМ, мик- роЭВМ, настольные — Desktop, портативные — Lap Top, Note Book и планшетные компьютеры — Tablet computer);

степени доступности (персональные и коллективные ЭВМ);

назначению (серверы и рабочие станции — клиенты).

Дадим небольшие комментарии к каждой классификации.

Первая электронная вычислительпая машина была построена в середине 40-х годов XX столетия на -электронных вакуумных лампах. Для ЭВМ первого поколения характерными чертами были большая потребляемая мощность и невысокая надежность работы, объясняемая частыми отказами электронных ламп. ЭВМ второго поколения были построены на полупроводниковых элементах — транзисторах.

ЭВМ третьего и четвертого поколений использовали соответственно микросхемы малой и большой степени интеграции (эти микросхемы отличались числом элементов, размещенных в одном корпусе, на одной подложке).

Исторически первыми появились большие ЭВМ. Скорее это название было связано с габаритами ЭВМ. Что касается производительности первых

машин, го по современным понятиям их возможности были чрезвычайно скромны.

Появление в 70-х годах XX столетия малых ЭВМ было обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области микроэлектроники, а с другой — нерациональной избыточностью ресурсов больших ЭВМ для решения ряда задач. Малые ЭВМ использовались чаще всего для управления технологическими процессами предприятий. Они были компактнее и дешевле больших ЭВМ.

Изобретение микропроцессора привело к появлению в 70-х годах XX столетия еще одного класса машин — микро- ЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех тинах ЭВМ.

Для решения сложных задач прогнозирования метеообстановки, управления оборонными комплексами, моделирования ядерных испытаний, криптоанализа, астрофизики и др. — были разработаны наиболее сложные и мощные машины — суперЭВМ.

Создать высокопроизводительную суперЭВМ на одном микропроцессоре не удается из-за ограничения скорости распространения электромагнитных волн (ограничение тактовой частоты процессора) и наличия предельного температурного барьера. Современные технологии производства интегральных полупроводниковых микросхем уже не позволяют радикально уменьшить размеры радиоэлементов. Наличие больших паразитных емкостей у транзисторов также ограничивает быстродействие устройств из-за длительных переходных процессов. Поэтому суперЭВМ проектируют в виде многопроцессорных вычислительных систем (МПВС). При этом одновременно (параллельно) работает несколько десятков тысяч (и даже сотен тысяч) процессоров, увеличивая тем самым суммарную производительность системы. Зримо представить грандиозность суперЭВМ можно, прочитав книгу Д.Брауна «Цифровая крепость».

Наибольшей производительностью на июнь 2013 г. обладает китайская суперЭВМ Тяньхэ-2. У машины более грех миллионов вычислительных ядер и 1,4 петабайта оперативной памяти. Её производительность составила 33,86 петафлопс (число операций с плавающей точкой в секунду). СуперЭВМ занимает площадь в 720 м2, её потребляемая мощность составляет 17 МВт. Для сравнения заметим, что Жигулёвская ГЭС смогла бы обеспечить примерно 140 таких ЭВМ.

МПВС имеют несколько разновидностей:

векторные МПВС, в которых все процессоры Р одновременно выполняют одну команду I над различными данными D. Это однократный поток команд с многократным потоком данных — SIMD (Sngle Instruction Stream /Multiple Data Stream);

конвейерные МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции I над последовательным потоком обрабатываемых данных D; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных — MISD (Multiple Instruction Stream / Sngle Data Stream);

матричные МПВС, в которых процессоры Р одновременно выполняют разные операции I над несколькими потоками обрабатываемых данных

D — многократный поток команд с многократным потоком данных — MIMD (Multiple Instruction Stream / Multiple Data Stream).

Вероятно, здесь же уместно упомянуть классические однопроцессорные SISD ЭВМ, которые по числу обрабатываемых потоков команд и данных являются простейшими.

Аббревиатура SISD (Sngle Instruction Stream / Sngle Data Stream) означает одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся машины фон-неймановското типа. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом, и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются наиболее сложными и дорогими машинами. Для проблемно-ориентированных ЭВМ характерно ограничение машинных ресурсов применительно к определенному классу задач. Такие ЭВМ используются в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП), автоматизированных системах научных исследований (АСНИ), системах автоматизированною проектирования (САПР), в автоматизированных рабочих местах (АРМ). Специализированные ЭВМ служат для решения узкого класса задач (или даже одной задачи), требующих многократного повторения рутинных операций (например, продажа билетов на транспорте, коммутация на автоматической телефонной станции, статистическая обработка информации в измерительном приборе).

В цифровых вычислительных машинах (ЦВМ) информация циркулирует в виде двоичных сигналов (кодов), с помощью которых представляются буквы, числа, знаки препинания, математические символы, управляющие сигналы, графические изображения, звуковые картины и т. д. Все данные, адреса и команды, в конечном счете, заменяются сигналами двух уровней — высокого и низкого, которые принято называть единицами и нулями.

В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) электрические сигналы имеют непрерывный характер. О результатах вычислений судят по величине электрических напряжений на выходе операционных усилителей, которые составляют основу АВМ.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) — эго комбинированные машины, которые работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой формах.

Сервер (Server)— компьютер, предоставляющий услуги другому компьютеру — клиенту (рабочей станции). С помощью сервера другие компьютеры получают доступ к базам данных, находящимся на сервере, принтерам и факсам, подключенным к серверу. Среди компьютеров различают почтовые серверы, серверы печати, файл-серверы, серверы доменных имен и т. п.

В заключение еще раз отметим, что рассмотренные классификации в известной мере условны, так как границы между группами ЭВМ размыты и очень подвижны во времени.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы