Классификация и тенденции развития ЭВМ

Также появились ВС, в  которых несколько тысяч процессоров  работают под управлением единого  устройства управления и одновременно выполняют одну и ту же операцию, но каждый над своими данными. К этому  классу относятся  Connection Machine и МР-1.

Для данного периода характерно стремительное развитие технологий глобальных и локальных сетей. В  результате наметился переход пользователей  от ВС, работающих в режиме разделения времени, к персональным ЭВМ, подключенным к сетям.[4.с.207]

Шестое поколение  ЭВМ. Для ВС 6-го поколения характерно использование массового параллелизма (МРР). Их можно определить как совокупность большого количества (до нескольких тысяч) взаимодействующих, но достаточно автономных вычислительных машин. Производительность таких систем может измеряться в TFLOPS (1012 операций с плавающей запятой в сек.).

Вторая характерная черта 6-го поколения – резко возросший уровень рабочих станций. В их процессорах совмещаются RISC – архитектура, конвейеризация и параллельная обработка.

Третьим признаком 6-го поколения стал бурный рост глобальных сетей.[10,с.277] 

1.3 Классификация  ЭВМ по назначению

Бурное развитие технологии и успехи в разработке программных  средств ЭВМ приводят к сглаживанию  различий между классами ЭВМ. Поэтому  важным признаком классификации  ЭВМ является область их применения. По этому признаку различают: ЭВМ  общего назначения, проблемно-ориентированные  ЭВМ и специализированные ЭВМ.

ЭВМ общего назначения предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

ЭВМ общего назначения предназначены для решения широкого круга задач в различных сферах деятельности человека. Такие ЭВМ часто называют универсальными.[7, с.271] К ЭВМ данного класса относят машины единой системы (ЕСЭВМ).

Характерными чертами  универсальных ЭВМ являются:

• высокая производительность;
• большие операционные ресурсы;
• разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;
• широкая номенклатура периферического устройства (ПУ);
• обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;
• большая емкость оперативной памяти;
• развитая организационная система ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные  ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением техническими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченным по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. Эти ЭВМ сравнительно дешевы, просты в эксплуатации и обслуживании и рассчитаны на массовое применение в качестве управляющих, а также для регистрации и обработки информации. Нужные характеристики по стоимости достигаются в этих ЭВМ в первую очередь за счет разумного ограничения операционных ресурсов, применительно к данному классу задач. В качестве проблемно-ориентированных ЭВМ обычно используются мини - и микроЭВМ. По функциональной и структурной организации мини - и микроЭВМ мало отличаются друг от друга. Большинство мини - и микроЭВМ строятся на основе единого интерфейса. [5,с.240]

К проблемно-ориентированным  ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные  ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности.

Специализированные  ЭВМ создаются для реализации какого-либо конкретного алгоритма: преобразования Фурье, вычисления корреляционных функций, преобразования координат и т.п. Узкая специализация позволяет существенно увеличить быстродействие ЭВМ, что очень важно при ее использовании для управления объектами в реальном масштабе времени. В настоящее время специализированные ЭВМ постепенно вытесняются универсальными мини -, а особенно микро-ЭВМ, которые приспосабливаются к специальным применениям подключением к ним дополнительных обрабатывающих устройств, ускоряющих выполнение часто встречающихся операций.[5,с.240]

К специализируемым ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения, адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами: устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем. Обычно машины данного класса используются в качестве бортовых (на самолетах, ракетах, космических аппаратах, в автомобилях и т.п.). [9,с.349]

Выделенная ЭВМ - разновидность (как правило) однокристальной специализированной ЭВМ, встроенной в какое-либо устройство с целью управления им или передачи ему данных ; используется в бытовой технике и других видах устройств – нагревательных приборах, часах, автомобилях, магнитофонах и.т.д.

Управляющая ЭВМ – ЭВМ, предназначенная для автоматического управления объектом (устройством, системой, процессом) в реальном масштабе времени. Сопряжение ЭВМ с объектом управления производится с помощью аналого-цифровых и цифро – аналоговых преобразователей.

Бортовая ЭВМ – специализированная управляющая ЭВМ, устанавливаемая на борту транспортного средства( самолета, спутника, корабля, автомобиля и.т.п) и предназначенная для оптимального управления функционированием других бортовых устройств, в частности, связанных с управлением перемещением своего носителя в пространстве.

Базовая ЭВМ – ЭВМ, являющаяся начальной исходной моделью в серии ЭВМ определенного типа или вида.

Бытовая ЭВМ – то же, что домашняя ПЭВМ или домашний ПК. 

1.4 Классификация  ЭВМ по размерам и функциональным  возможностям

    По размерам  и функциональным возможностям  ЭВМ можно разделить  на  сверхбольшие (супер-ЭВМ), большие, средние,  малые( мини-ЭВМ), сверхмалые (микро-ЭВМ).

   Функциональные возможности  ЭВМ обусловливают важнейшие  технико-эксплуатационные характеристики:

• быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;
• разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;
• 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 ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);
• способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);
• типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;
• наличие и функциональные возможности программного обеспечения;
• способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);
• система и структура машинных команд;
• возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;
• эксплуатационная надежность ЭВМ;
• коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.[5,с.255]

Исторически первыми появились большие ЭВМ (Универсальные ЭВМ общего назначения), элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. В процессе эволюционного развития больших ЭВМ можно выделить отдельные периоды, связанные с шестью поколениями ЭВМ.[9,с.365]

Первая большая ЭВМ  ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана  в 1946 г. (в 1996 г. отмечалось 50-летие создания первой ЭВМ). Эта машина имела массу  более 50 т, быстродействие несколько  сотен операций в секунду, оперативную  память емкостью 20 чисел; занимала огромный зал площадью около 100 кв. м.[10,с.240]

Большие ЭВМ за рубежом  часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

• производительность не менее 10 MIPS;
• основную память емкостью от 64 до 10000 Мбайт;
• внешнюю память не менее 50 Гбайт;
• многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления  эффективного применения мэйнфреймов - это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление - использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.[6,с.110]

В архитектурном плане, мейнфреймы представляют собой многопроцессорные  системы, содержащие один или несколько  центральных и периферийных процессоров  с общей памятью, связанных между  собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM —  селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой  периферийных устройств.

Главным недостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительно низкое соотношение производительность стоимость. Однако фирмами-поставщиками мейнфреймов предпринимаются значительные усилия по улучшению этого показателя.

Родоначальником современных  больших ЭВМ, по стандартам которой  в последние несколько десятилетий  развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира, является фирма IBM. Ее модели IBM 360 и IBM 370, их архитектура и программное обеспечение взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

Среди лучших современных  разработок мэйнфреймов за рубежом  следует в первую очередь отметить: американские IBM 390, IBM 4300(4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 г., и IBM ES/9000, созданные в 1990 г., а также  японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu.[10,с.243]

Семейство мэйнфреймов IBM ES/9000 (ES - Enterprise System - система (сеть) масштаба предприятия) открывает новое семейство  больших ЭВМ, включающее 18 моделей  компьютеров, реализованных на основе архитектуры IBM 390:

• младшая деталь ES/9221 model 120 имеет основную память емкость 256 Мбайт, производительность десятки MIPS 12 каналов ввода-вывода;
• старшая модель ES/9021 model 900 имеет 6 векторных процессоров, - основную память емкостью 9 Гбайт, производительность тысячи MIPS и 256 каналов ввода-вывода, использующих волоконно-оптические кабели.

Семейство мэйнфреймов М 1800 фирмы Fujitsu пришло в 1990 г. на смену  моделям V 780 и включает в себя 5 новых  моделей: Model-20, -30, -45. -65, -85; старшие модели Model-45, -65, -85 - многопроцессорные ЭВМ  соответственно с 4, 6 и 8 процессорами; последняя, старшая модель имеет  основную память емкостью 2 Гбайта и 256 каналов ввода-вывода.

Последние, наиболее мощные модели отечественных больших ЭВМ  существенно уступают по своим характеристикам  зарубежным типам этих машин:

• EC1068 имеет производительность 10 MIPS и основную память емкостью 32 Мбайта;
• EC1087- 15 MIPS и 128 Мбайт;
• EC1130 - 50 MIPS и 8 Мбайт;
• ЕС 1170 (4-процессорный вариант) - 20 MIPS и 64 Мбайта.

Зарубежные фирмы определяют рейтинг мэйнфреймов, учитывая многие показатели:

• надежность;
• производительность;
• емкость основной и внешней памяти;
• время обращения к основной памяти;
• время доступа и трансферт внешних запоминающих устройств;
• характеристики Кэш-памяти;
• количество каналов и эффективность системы ввода-вывода;
• аппаратную и программную совместимость с другими ЭВМ;
• поддержку сети и др.

В настоящее время высказываются  полярные мнения о перспективах развития больших машин. Согласно одному из них, возможности больших машин полностью  перекрываются, с одной стороны, супер-ЭВМ, а с другой — мини-ЭВМ  и, выработав свой ресурс, этот класс  прекратит свое существование. Другая сторона убеждает в необходимости  развития универсальных больших  и супер-ЭВМ, которые обладают способностью работать одновременно с большим  количеством пользователей, создавать  гигантские базы данных и обеспечивать эффективную вычислительную работу. К этому следует добавить, что  большие ЭВМ обеспечивают устойчивость вычислительного процесса, безопасность информации и низкую стоимость ее обработки.