Глава 4. Основные классы вычислительных машин

После изучения главы студент должен знать:

• различия между универсальными и специализированными ЭВМ,

• важнейшие технико-эксплуатационные характеристики компьютеров;

• основные типы и характеристики современных мэйнфреймов;

• основные типы и характеристики современных малых ЭВМ;

• основные типы и характеристики современных персональных компьютеров;

• архитектуру и характеристики суперЭВМ, в том числе и кластерных;

• основные типы и характеристики современных Notebook и Netbook;

• основные типы и характеристики современныхКПК и комуникаторов;

• архитектуру и характеристики вычислительных систем;

• особенности архитектуры высокопараллельных вычислительных систем типа SIMD, MISD, MIMD;

• ассоциативные и потоковые вычислительные системы

Основные типы компьютеров

По назначению вычислительные машины можно разделить на универсальные и специализированные.

Универсальные компьютеры предназначены для решения самых различных инженерно-технических, экономических, математических, информационных и т. п. задач. Характерными чертами универсальных компьютеров являются: высокая производительность; разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления; обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных; большая емкость оперативной памяти; развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Специализированные компьютеры предназначены для решения определенного круга задач или реализации строго определенной группы функций. К специализированным компьютерам можно отнести, в частности, рабочие станции и серверы, используемые в компьютерных сетях. По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить на сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ). Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как:

• быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени);

• разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует компьютер;

• номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

• номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

• типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой (тип внутримашинного интерфейса);

• способность компьютера одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять параллельно несколько программ (многозадачность);

• типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

• наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

• способность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров (программная совместимость с другими типами компьютеров);

• система и структура машинных команд;

• возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

• эксплуатационная надежность компьютера;

• коэффициент полезного использования компьютера во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Некоторые сравнительные параметры современных универсальных компьютеров показаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Сравнительные параметры универсальных компьютеров

ПРИМЕЧАНИЕ

MIPS — миллион операций в секунду над числами с фиксированной запятой.

Исторически первыми появились большие ЭВМ (ENIAC, UNIVAC), элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью0 интеграции. Производительность больших компьютеров оказалась недостаточной для ряда задач (прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, биологических исследований, моделирования экологических систем и др.). Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперкомпьютеров, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.

Появление в 70-х годах малых компьютеров обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой — избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые компьютеры используются чаще всего для управления технологическими процессами. Они более компактны и существенно дешевле больших компьютеров. Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению суперминикомпьютера — вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых компьютеров, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.

Изобретение в 1969 г. микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х годах еще одного класса компьютеров — микрокомпьютеров. Именно наличие МП послужило первоначально определяющим признаком микрокомпьютеров. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах компьютеров. Следует также назвать и специализированные компьютеры, используемые в компьютерных сетях:

• однопользовательские - рабочие станции и сетевые компьютеры,

• многопользовательские компьютеры – серверы.

Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов компьютеров.