Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

                                                  Содержание   

 

Введение.                                                                                                      2

Классификация по этапам развития (по поколениям).                           3

Классификация по архитектуре.                                                                 5

Классификация по производительности.                                                   6

Классификация по условиям эксплуатации.                                              9

Классификация по количеству процессоров.                                            10

Классификация по потребительским свойствам.                                     13

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным                               возможностям                                                                                              14

Заключение.                                                                                                 19

Список использованной литературы.                                                        20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                           Введение.

Существуют различные классификации компьютерной техники:

· по этапам развития (по поколениям);

· по архитектуре;

· по производительности;

· по условиям эксплуатации;

· по количеству процессоров;

· по потребительским свойствам и т. д.

Следует отметить, 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.

Тем не менее, можно выделить различные типы компьютеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация по этапам развития (по поколениям).

Деление компьютерной техники на поколения – весьма условная, не строгая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.

Программы для этих машин писались на языке конкретной машины.

Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволяли выполнять сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счетная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

Второе поколение компьютерной техники – машины, сконструированные в 1955-65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Быстродействие – до сотен тысяч операций в секунду, емкость памяти - до нескольких десятков тысяч слов.

Появились т. н. языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде. Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы-трансляторы, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Это семейства машин с единой архитектурой, т. е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т. е. одновременного выполнения нескольких программ.

Примеры машин третьего поколения - семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Быстродействие машин изменяется до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти - несколько сот тысяч слов.

Четвертое поколение – это поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Машины проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой емкостью в десятки мегабайт.

Машины этого поколения - многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти порядка -64 Мбайт.

Для них характерны: применение персональных компьютеров; телекоммуникационная обработка данных; компьютерные сети; широкое применение систем управления базами данных; элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Развитие идет также по пути устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

 

 

2. Классификация по архитектуре.

Архитектура компьютера - логическая организация и структура аппаратных и программных ресурсов вычислительной системы. Архитектура заключает в себе требования к функциональности и принципы организации основных узлов ЭВМ.

В настоящее время наибольшее распространение в ЭВМ получили 2 типа архитектуры: принстонская (Фон Неймана) и гарвардская. Обе выделяют 2 основных узла ЭВМ: центральный процессор и память компьютера.  Различие заключается в структуре памяти: в принстонской архитектуре программы и данные хранятся в одном массиве памяти и передаются в процессор по одному каналу, тогда как гарвардская архитектура предусматривает отдельные хранилища и потоки передачи для команд и данных.

Принципы фон Неймана: принцип использования двоичной системы счисления для представления данных и команд; принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности), принцип однородности памяти (как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления - чаще всего двоичной), принцип адресуемости памяти (структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка); принцип последовательного программного управления (все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой), принцип условного перехода.

Типичные операции (сложение и умножение ) требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий: выборку двух операндов, выбор инструкции и ее выполнение, и, наконец, сохранение результата. Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных.

В более подробное описание, определяющее архитектуру, входят: структурная схема ЭВМ, средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы, организация и разрядность интерфейсов ЭВМ, набор и доступность регистров, организация памяти и способы ее адресации, набор и формат машинных команд процессора, способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний.

По перечисленным признакам и их сочетаниям среди архитектур выделяют:

· по разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);

· по особенностям набора регистров, формата команд и данных:CISC ,RISC , VLIW;

· по количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные;

· многопроцессорные по принципу взаимодействия с памятью: симметричные многопроцессорные  (SMP),массивно-параллельные  (MPP),распределённые.

3. Классификация по производительности.

По производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на микрокомпьютеры, в том числе - персональные компьютеры; мини-компьютеры; мэйнфреймы (универсальные компьютеры); суперкомпьютеры.

Микрокомпьютеры - это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.

Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется и емкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.

Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства - эффективность. Быстродействие - порядка 1-10 миллионов операций в сек.

Разновидность микрокомпьютера – микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.

Персональные компьютеры (ПК) – это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. ПК должен удовлетворять следующим требованиям: наличие внешних записывающих устройств на магнитных дисках; объем оперативной памяти не менее 4 Мбайт; наличие операционной системы; способность работать с программами на языках высокого уровня; ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях).

Мини-компьютерами и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке, т. е. занимающие объем порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.

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

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.

Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений. В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций.

Арифметико-логическое устройство суперкомпьютера устроено по следующему принципу: 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

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.

Наиболее распространенные суперкомпьютеры - массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованную 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 емкостью 2,25 Терабайт. Система весит 44 тонны (кондиционеры для нее - целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 кВт.

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

4. Классификация по условиям эксплуатации.

По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:

· офисные (универсальные);

· специальные.

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.