Технология производства и потребительские свойства ПЭВМ

     Введение

     Человеческое  общество характеризуется как непрерывным  ростом своих потребностей, так и  использованием для их удовлетворения орудий производства - изделий, под  которыми обычно понимаются машины, оборудование, устройства и т.п. Рост потребностей обусловливает производство всё новых изделий, определяющих связь человека с человеком и с окружающей средой, в том числе и таких изделий, как персональные электронно-вычислительные машины (далее ПЭВМ).

     Широкое внедрение ПЭВМ в различные области народного хозяйства и науки вызывает необходимость постоянного развития и совершенствования как их программных, так и технических средств.

     В развитии вычислительной техники с  момента её зарождения принято условно  выделять несколько этапов, или поколений. К характерным признакам, находящимся в тесной взаимосвязи и определяющим то либо иное поколение ПЭВМ, обычно относят: элементную базу и особенности конструкций, архитектуру и логическую структуру; математическое обеспечение; методы общения пользователей ПЭВМ; технико-экономические показатели и др. Наиболее важным является первый признак, поскольку элементная база и конструкция определяют не только технико-экономические показатели отдельных устройств, но и возможности вычислительного процесса, построения и развития ПЭВМ в целом. Прогресс в области элементной базы и конструкции всегда вызывает ускорение в развитии ПЭВМ. Особенно он сказывается на функциональных возможностях ПЭВМ, производительности, памяти ПЭВМ и, несомненно, на надёжности, габаритах, массе и потребляемой энергии.

     Так, применяемая в ПЭВМ первого поколения элементная база (лампы, дискретные ЭРЭ, электромагнитные реле, шаговые искатели, коммутаторы, ферритовые ячейки памяти и др.) и мелкоблочные конструкции ячеек позволяли создать достаточно простые по современным понятиям ПЭВМ. Например, наиболее быстродействующая ПЭВМ первого поколения ЭНИАК (США,1943), выполнявшая примерно 5000 операций сложения в секунду и запоминавшая лишь 20 десятиразрядных слов, содержала около 18 тыс. электронных ламп и нуждалась во вспомогательной холодильной установке. Эта ПЭВМ весила порядка 30 т и занимала при установке более 200 м².

     Замена  электронных ламп транзисторами, применение печатного монтажа в ПЭВМ второго поколения привела к тому, что наряду с улучшением показателей надёжности, технологичности, массогабаритных характеристик ПЭВМ значительно повысились их операционные возможности и производительность, возросло количество используемого периферийного оборудования.

     С развитием микроэлектроники в начале 60-х годов ПЭВМ получили новую, более совершенную элементную базу, основу которой составили ИМС. Их применение в сочетании с многослойным печатным монтажом позволило создать ПЭВМ третьего поколения с характеристиками, превосходящими на несколько порядков соответствующие характеристики ПЭВМ второго поколения. В частности, резко увеличились быстродействие ПЭВМ и надёжность вследствие перераспределения электрических соединений и выполнения их определённой части в самих ИМС, упростилась наладка ПЭВМ, повысилась точность обработки информации, уменьшились габариты и потребляемая мощность. Совершенствование ИМС позволило создать сложные вычислительные машины и системы, количество электронного оборудования в которых стало в десятки раз превышать количество оборудования, используемого в машинах второго поколения.

     Дальнейшее  развитие технологии ИМС, методов автоматизированного  проектирования привело к созданию кристаллов больших (БИС), сверхбольших (СБИС) и сверхскоростных ИМС, в  которых плотность упаковки достигла 106 компонентов в 1 см³ ,а уровень интеграции - около 105 ... 107 компонентов в кристалле. Ожидается, что в ближайшие годы степень интеграции логических БИС достигнет 107 ... 108 и более логических элементов в кристалле. Такие интегральные микросхемы стали выполнять функции целых блоков и устройств ПЭВМ третьего поколения.

     Реализация  функциональных схем ПЭВМ на корпусных и бескорпусных ИМС и БИС, как матричных, так и микропроцессорных, привела в настоящее время к созданию конструкции четвёртого поколения. На этом этапе применения БИС позволяет значительно повышать быстродействие ПЭВМ, увеличивать плотность компоновки и, что особенно важно, уменьшать трудовые и материальные затраты на их производство. Вместе с тем возникла необходимость в устранении диспропорций между возможностями и размерами БИС, с одной стороны, и остальной элементной и конструктивной базой ПЭВМ, с другой. Поэтому основополагающим в развитии конструкций ПЭВМ стал принцип комплексной микроминиатюризации, позволяющей преодолеть это противоречие. Важность создания и использования в ПЭВМ современных и перспективных элементной базы, конструкций и технологии ещё более усилилась.

     В 1979 году в Японии был создан Комитет  научных исследований в области  ПЭВМ пятого поколения. Программы разработки ПЭВМ пятого поколения были приняты и в других странах, в том числе и в нашей. Возможности разработки таких ПЭВМ тесно связаны с созданием СБИС на принципиально новых компонентах (например, переходы Джозефсона, транзисторы с высокой мобильностью носителей и др.), с использованием перспективных полупроводниковых материалов (арсенида галлия и т.д.)

     Назначение  ПЭВМ

     1. ПЭВМ является продукцией производственно-технического назначения, которая предназначена для использования при создании высокоэффективных средств в различных областях профессиональной интеллектуальной деятельности, организации научных, инженерных, экономических и других расчетов и исследований, организации измерительных, регистрационных и информационно-поисковых систем.

2. В зависимости от комплектации, ПЭВМ функционально может представлять собой однопользовательскую ПЭВМ, рабочую станцию или сервер.
3. ПЭВМ может работать как в автономном режиме, так и в вычислительных сетях разного уровня.
4. ПЭВМ является стационарной вычислительной машиной и предназначена для эксплуатации в условиях круглосуточной или сменной работы.

1. Применение ПЭВМ в сфере производства или потребления

     Сферы применения ПЭВМ непрерывно расширяются. Современные ПЭВМ используются практически во всех сферах и отраслях, начиная с домашнего использования персонального компьютера и заканчивая узконаправленным использованием на огромных предприятиях.

      2. Классификационные признаки ПЭВМ

     Многообразие  сфер применения и видов ПЭВМ порождает и большое количество признаков, по которым осуществляется классификация ПЭВМ. К таким признакам можно отнести: принцип действия; назначение ПЭВМ; технические характеристики; объект установки; условия эксплуатации и обслуживания; применяемую элементную и конструктивную базу; экономические факторы и др. Возможное влияние этих факторов должно учитываться при проектировании и производстве ПЭВМ.

     Наиболее  целесообразны укрупнённая классификация  по ограниченному числу признаков, поскольку только такая классификация  позволяет выделять основные отличительные  признаки ПЭВМ различных классов, групп, видов и категорий.

     По  принципу действия различают цифровые, аналоговые, аналогово-цифровые ПЭВМ. Цифровые ПЭВМ оперируют с сигналами, представленными в цифровой форме, аналоговые используют аналоговые сигналы, аналогово-цифровые - комбинацию этих принципов. Естественно, что основным отличительным признаком данных ПЭВМ является вид элементной базы.

     По  назначению подразделяют ПЭВМ общего назначения, специализированные, персональные. Управляющие и контрольные.

     ПЭВМ общего назначения (универсальные) ориентированы на выполнение широкого круга задач (математических, инженерных и экономических), выполняемых по любому алгоритму. В связи с этим ПЭВМ общего назначения имеют, как правило, архитектуру, позволяющую подключать разнообразные периферийные устройства. Изменяя их количество и технические параметры, можно обеспечить разнообразие видов систем обработки данных и режимов взаимодействия с пользователем. В силу указанных обстоятельств такие ПЭВМ должны иметь высокую производительность вычислений при низкой стоимости. Обеспечение минимальных габаритных размеров, массы и энергопотребления при проектировании является особенно критичным.

     Специализированные ПЭВМ предназначены для решения узкого круга специальных задач наиболее эффективным способом. Как правило, такие ПЭВМ имеют меньше электронного оборудования, содержат определённые ограничения на обработку информации, а значит, в большинстве случаев проще и дешевле универсальных.

     Персональные ПЭВМ предназначены для эксплуатации их пользователем самостоятельно, без помощи профессионального программиста. К ним в настоящее время относят ПЭВМ, обладающие полным набором соответствующих признаков:

     * развитым человеко-машинным интерфейсом,  обеспечивающим простое управление  ПЭВМ непрофессиональным пользователем;

     * большим числом готовых программных средств прикладного характера, избавляющих пользователя от необходимости разрабатывать программы самостоятельно;

     * наличием малогабаритных накопителей  информации значительной ёмкости  на сменных носителях, обеспечивающих  взаимозаменяемость и эксплуатацию новых программных средств;

     * малыми габаритными размерами  и массой, позволяющими устанавливать  ПЭВМ на любом рабочем месте, а также малым энергопотреблением;

     * низкой стоимостью и широкой  доступностью;

     * эргономичностью конструкции, привлекательностью формы, цвета и т.д.

     Управляющие ПЭВМ используются для управления различными объектами и технологическими процессами. Характерная особенность этих ПЭВМ состоит в получении информации о действительном состоянии управляемого объекта от датчиков, установленных непосредственно на объекте. При этом важное значение для управляющих ПЭВМ имеют высокая надёжность функционирования.

     Контрольные ПЭВМ применяются при построении контрольно-измерительной аппаратуры.

     По  области применения различают общетехнические, профессиональные, бытовые и другие ПЭВМ.

     Если  общетехнические ПЭВМ применяются для решения общетехнических, научных, инженерных и экономических задач, то профессиональные ПЭВМ ориентированны на применение специалистами в конкретных областях и научными сотрудниками. Профессиональные ПЭВМ обычно отличаются большой вычислительной мощностью и оснащается комплектом производительного периферийного оборудования.

     Бытовые ПЭВМ используются в повседневной жизни людей, например для управления бытовой техникой, для игр и т.д.

     По  совокупности технических характеристик (производительности, объёму памяти, принципу реализации, характеру применения, стоимости, габаритным размерам, и др.) различают высокопроизводительные, сверхвысокопроизводительные, средние, малые (мини-) и микроПЭВМ.

     Высокопроизводительные ПЭВМ предназначены для решения задач комплексного проектирования и использования в системах управления высшего звена. Они условно характеризуются производительностью свыше 1 млн. оп/с, имеют предельный объём оперативной памяти и расширенную конфигурацию подсистемы ввода-вывода. Взаимодействие пользователей с ПЭВМ осуществляется, как правило, с помощью индивидуальных средств общения человека с машиной (терминалов). Высокопроизводительные ПЭВМ имеют обычно значительные габаритные размеры составляющих их технических средств, в силу чего их иногда называют большими.

     Сверхвысокопроизводительные модели ПЭВМ получили за рубежом название суперПЭВМ, что в первую очередь означает широкие возможности, предоставляемые пользователю, а также способность системы проводить по сложности обработку данных. Такие ПЭВМ, имеющие высокие технические характеристики (производительность сотни миллионов и даже миллиардов операций в секунду), применяются при решении теоретических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов (например, при трёхмерной обработке данных геофизической разведки нефти, моделировании процессов атомной и молекулярной физики и др.). При создании таких ПЭВМ применяется особо быстродействующая элементная база (заказные и матричные БИС и СБИС), а также достаточно сложные в техническом отношении конструкции.

     Средние ПЭВМ имеют производительность ниже 1 млн. оп/с, развитую конфигурацию ввода-вывода и служат для применения в системах обработки информации коллективного пользования, отраслевых системах автоматизированного проектирования и системах управления.