Типы вычислительных машин и систем

Компьютеры (ЭВМ) и вычислительные системы (ВС) принято классифицировать по ряду признаков.

В зависимости от производительности и стоимости вычислительного оборудования выделяют несколько типов ЭВМ и ВС, причем разные поколения вычислительной техники имели свою шкалу типов. Так, до середины 80-х годов прошлого века ЭВМ делили на микро-ЭВМ, мини-ЭВМ, большие ЭВМ (ЭВМ высокой производительности) и суперЭВМ. В настоящее время ЭВМ и ВС подразделяют на персональные компьютеры, рабочие станции, серверы, мэйнфреймы, кластеры и суперкомпьютеры.

Наибольшее распространение в САПР получили персональные компьютеры (ПК), рабочие станции и серверы.

Персональные компьютеры появились в начале 80-х годов прошлого века в результате трансформации мини-ЭВМ в сравнительно дешевые настольные системы для индивидуального использования, благодаря. развитию элементной базы вычислительной техники, приведшему к созданию больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Рабочие станции представляют собой вычислительные системы, ориентированные на решение задач в определенных приложениях, прежде всего в автоматизированных системах проектирования (САПР). Компьютеры в САПР ориентированы на решение сложных проектных задач, что обусловливает повышенные быстродействие и объем памяти, а также расширенные возможности обработки и визуализации графической информации рабочих станций по сравнению с персональными компьютерами. Поэтому обычно рабочие станции имеют более сложную структуру и более дорогие устройства, чем ПК.

В вычислительных сетях выполнение функций, связанных с обслуживанием всех узлов сети, возлагается на серверы. По функциональному назначению различают серверы файловые, баз данных, коммутационные, прикладные, почтовые и т.п. Серверы, как правило, должны обладать большим быстродействием, надежностью и во многих случаях увеличенной емкостью памяти по сравнению с компьютерами в клиентских узлах.

Мэйнфреймами называют большие ЭВМ. Высокая производительность и большая емкость памяти обеспечивают решение сложных проблем, позволяют использовать такие компьютеры в качестве центрального узла ВС, управляющего работой многих простых терминалов. Однако по отношению производительность/цена мэйнфреймы обычно заметно уступают предшествующим типам ВС, их использование в САПР в настоящее время весьма ограниченное. Однако в последнее время компания IBM активно поддерживает переход в крупных корпоративных информационных системах на использование мэйнфремов в качествсе центров обработки данных вместо большого числа распределенных серверов.

Кластер — это распределенная система компьютеров, функционирующая как единая система с общими ресурсами. Основная цель, обусловившая появление кластеров, — сохранение работоспособности ВС путем перераспределения нагрузки при выходе из строя части ресурсов. Кроме того, кластеризация — один из путей повышения производительности ВС за счет совместного использования многих компьютеров. Кластеры позволяют наращивать вычислительную мощность, поскольку легко масштабируются. В настоящее твремя (2008 г.) кластеры составляют большинство в списке Top500 и тенденция к расширению их присутствия в этом списке сохраняется.

Компьютеры, характеризуемые наибольшими значениями производительности и цены среди других типов ЭВМ и ВС, относят к категории суперкомпьютеров. Так, суперкомпьютер ASCI White SP Power3, созданный в IBM и установленный в Ливерморской национальной лаборатории США, бывший еще в 2001 г. мировым лидером по производительности, включал 8192 процессоров. Его производительность (по тесту Linpack) оценивается в 7226 Gflops, пиковая производительность — в 12,288 Tflops. Оборудование этого суперкомпьютера занимает площадь, равную площади двух баскетбольных площадок. Мировой лидер 2007 г. по производительности суперкомпьютер IBM BlueGene/L построен на 212992 процессорах и имел производительность 478.2 Tflops. Лидер июня 2011 г. - японский суперкомпьютер SPARC64 имеет производительность 8162 Tflops. Очевидно, что это уникальные вычислительные системы, обычно используемые в научных и образовательных учреждениях для решения сложных задач при научных исследованиях. Предполается, что к 2015 г. производительность в 1 Tflops будет характеристикой настольных компьютеров.