Классификация компьютеров. Особенности и технические характеристики классов

    Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 — 64 Мбайт.

Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ четвертого поколения можно отделить от ЭВМ третьего поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных языков программирования и упрощения процесса программирования для проблемного программиста. В аппаратном отношении для них характерно широкое использование ИС- технологии и быстродействующих запоминающих устройств. Наиболее известной серией ЭВМ четвертого поколения можно считать IBM/370, которая в отличие от не менее известной серии IBM/360 третьего поколения, располагает более развитой системой команд и более широким использованием микропрограммирования. В старших моделях 370-й серии был реализован аппарат виртуальной памяти, позволяющий создавать для пользователя видимость неограниченных ресурсов оперативной памяти.

      Есть  и другая линия в развитии ЭВМ  четвертого поколения. Это суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAK-4, за ней появились CRAY, CYBER и др. Из отечественных машин к этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС. Развитие таких вычислительных систем происходит по пути увеличения числа процессоров и их быстродействия. Современные многопроцессорные вычислительные комплексы включают в себя десятки тысяч процессоров. Их быстродействие исчисляется сотнями миллиардов операций в секунду.

      Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными  возможностями и доступностью для  разных категорий пользователей. Основные технические характеристики современного персонального компьютера: процессор (быстродействие – тактовая частота, разрядность), оперативная и внешняя память (объем памяти, скорость доступа к памяти и др.), видеопамять, средства ввода-вывода, средства коммуникации и др.

Очень важно правильно выбрать конфигурацию компьютера:

• тип основного микропроцессора и материнской платы;
• объем основной и внешней памяти;
• номенклатуру устройств внешней памяти;
• виды системного и локального интерфейсов;
• тип видеоадаптера и видеомонитора;
• типы клавиатуры, принтера, манипулятора, модема и др.

   Важнейшей характеристикой является производительность компьютера. Основными факторами  повышения производительности ПК являются:

• увеличение тактовой частоты;
• увеличение разрядности микропроцессора;
• увеличение внутренней частоты микропроцессора;
• конвейеризация выполнения операций в микропроцессоре и наличие кэш-памяти команд;
• увеличение количества регистров микропроцессорной памяти;
• наличие и объем кэш-памяти;
• возможность организации виртуальной памяти;
• наличие математического сопроцессора;
• наличие процессора OverDrive;
• пропускная способность системной шины и локальной шины;
• объем ОЗУ и его быстродействие;
• быстродействие накопителя жестких магнитных дисков;
• пропускная способность локального дискового интерфейса;
• организация кэширования дисковой памяти;
• объем памяти видеоадаптера и его пропускная способность;
• пропускная способность мультикарты, содержащей адаптеры дисковых интерфейсов и поддерживающей последовательные и параллельный порты для подключения принтера, мыши и др.

ЭВМ пятого поколения 

   ЭВМ пятого поколения – это программа в Японии по развитию вычислительной техники и искусственного интеллекта. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения – это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное "зрение", машинное "осязание". Многое уже практически сделано в этом направлении.

    ЭВМ пятого поколения должны удовлетворять  следующим качественно новым  функциональным требованиям:

1.        Обеспечивать простоту применения ЭВМ путем эффективных систем ввода-вывода информации, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ);

2.        Упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках; усовершенствовать инструментальные средства разработчиков;

3.        Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ЭВМ, обеспечить их разнообразие и высокую адаптируемость к приложениям.

    Пятое поколение компьютеров это название «плана действий» по развитию IT-индустрии. И не смотря на то, что пятое поколение базируется на микропроцессорах как и четвертое т.е. у них общая элементная база. А именно по этому критерию разделяют компьютеры на поколения. Тем не менее сегодняшние компьютеры относят к пятому поколению.

     Япония начала свою широкомасштабную программу в начале 80-х. Их цель не изменять элементную базу компьютеров. А изменить и усовершенствовать, технические подходы, методы программирования и развивать научное направление в области искусственного интеллекта. На начало своего проекта Япония вложила пол миллиарда долларов США. На тот момент она не была настолько технически развита как США, Европа. Министерство международной торговли и промышленности Японии поставило четкую цель – пробиться в лидеры. Именно в то время зародился термин «пятое поколение компьютеров». ЭВМ пятого поколения должны достигнуть сверхпроводимости и в них должно быть интегрировано огромное количество процессоров на одной подложке.

    Японский центр по развитию и обработки информации поставил перед собой цели. Главной из них это развитие технологий по логической обработке знаний, одно из ведущих направлений искусственного интеллекта. Создание рабочих станций с высокой производительностью и распределенными функциями. Создание суперкомпьютеров пятого поколения для научных вычислений которые будут оперировать огромными базами данных и базами знаний.

    Уже тогда существовала потребность в ЭВМ с процессорами работающими параллельно и извлекающими данные из структурно построенных баз данных, использую интерфейс логических языков высокого уровня. Производительность таких машин должна достигать одного миллиарда логических заключений в секунду. Необходимо создать такую вычислительную среду, которая внутри себя будет создавать собственную виртуальную среду в зависимости от задачи.

    Одним из способов повышения производительности ЭВМ пятого поколения это реализация программных решений на аппаратном уровне. Научные достижения в области искусственного интеллекта. Необходимо переводить на практическую базу. Это машинный набор текста под диктовку с распознаванием речи. И программный переводчик с языка на язык. Программно определить смысл текста для принятия решения о том в какую рубрику необходимо его поместить. Супер ЭВМ должны решать задачи массового применения

    Данный проект Япония планировала завершить за 10 лет. И к началу 90-х выйти на новый уровень технического развития. На тот момент Япония прочно завоевала рынок бытовой электроники и автомобильной промышленности, что очень сильно беспокоило США. В ответ американца начали развивать собственные программы в области параллельных вычислений. Наиболее крупными проектами занималась американская корпорация по Микроэлектроники и Компьютерной Технологии (MCC). Европа уверенна в будущем параллельных вычислений. Начинает планы в этой отрасли Британская компания Alvey.

    В советском союзе предприняли попытку не отстать от западных коллег. Было желание создать свой прототип ЭВМ пятого поколения. Для будущего мультипроцессорного компьютера, придумали яркое название «МАРС». Но уже тогда отставание от японцев, в области микроэлектроники, было на 10-15 лет. Весь проект базировался на старых инженерно-технических решениях. И морально устаревших языках программирования типа Модула-2. Удалось создать многопроцессорный компьютер «МАРС». Это было его единственное отличие от остальных ЭВМ. И данная машина не соответствовала определению: «компьютер пятого поколения».

    Однако реализация проекта «компьютер пятого поколения» оказалось сложнее чем предполагалась изначально и не осуществима за десять лет. В качестве базового языка для ЭВМ пятого поколения, был выбран функциональный язык программирования «Пролог». Но он не поддерживал параллельные вычисления. Его работа в мультипроцессорной среде оказалась не эффективна. Не смотря на все попытки модернизировать его. Было принято решение по созданию новых типов языков программирования. Данная задача оказалась весьма сложной. Корпорациями занимающееся разработкой программного обеспечения были предложены новые языки. Но каждый из них обладал существенными недостатками. Что не позволяло в полной степени использовать параллельные вычисления.

    Возникли и аппаратные трудности для создания ЭВМ пятого поколения. Техническое развитие быстро преодолело те трудности, которые перед началом проекта считались не выполнимыми. Параллельная работа нескольких процессоров, не давала той высокой производительности, на которую изначально рассчитывали. Разработанные в лаборатории машины. Быстро устаревали. Появлялись коммерческие компьютеры, которые по скорости уже превосходили их. Проект под названием «ЭВМ пятого поколения» оказался не удачным. Т.к. развитие информационных технологий пошло по другому пути.

    Появился графический интерфейс пользователя. Который изначально не был предусмотрен в компьютерах пятого поколения. Появился Интернет, который изменил представления о структуре хранения и обработки информации. Развивались поисковые машины, которые использовали новые методы обработки данных

    В начале проекта «пятое поколение ЭВМ» планировали полный переход на логические языки программирования. Типа Пролог. Но они себя не оправдали. Главная идея была в том, чтобы система самообучалась. Система доходила до своего пика, а затем падала. И все обучение нужно было повторять.

    Планы замены программных средств их аппаратными аналогами, был неудачен. Такое виденье у инженеров было в предыдущем поколении компьютеров. Но на сегодняшний день. Ситуация изменилась в корне. Процесс развития информационных технологий пошел по обратному пути. Аппаратное обеспечение упрощалось. Предоставляя универсальность. А все задачи перекладывались на программное обеспечение.

    Идеи Японских ученых были не удачными. Изначально был не верно выбран вектор развития компьютеров. Перспектива развития аппаратных средств была недооценена. Возможности в развитии искусственного интеллекта были переоценены. Даная область оказалась сложнее чем рассчитывали. Многие теоретические разработки в данной области так и не нашли своего практического применения. Искусственный интеллект так и не вышел за рамки академических задач. Многие методы так и остались забавой ученных.

Классификация компьютеров по архитектуре.

Архитектура ЭВМ

       Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура  ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

       Основы  учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру  ЭВМ.  
 
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.  
 

Положения фон Неймана:

• Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
• Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
• Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
• Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
• Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся  в одном и том же запоминающем устройстве
• Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода
• Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация. 
   
  Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом. 
   
  Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств. 
   
  Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства. 
   
  Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору. 
   
  Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.  
   
  ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS. 
   
  В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.