1.2. Классификация вычислительной техники

Все современные вычислительные машины отличается огромным разнообразием, каких ещё не знала ни одна область человеческой деятельности. Практика показала, что для решения различных задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Почти каждое десятилетие меняются поколения ЭВМ, каждые два года основные типы микропроцессоров, определяющих основные характеристики новых ЭВМ. Такие темпы сохраняются уже многие годы. В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Классифицировать вычислительную технику можно по различным признакам.

Классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим образом:

- сверхпроизводительные ЭВМ и системы (суперЭВМ);

- большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);

- средние ЭВМ;

- малые или мини-ЭВМ;

- микро-ЭВМ;

- персональные компьютеры;

- микропроцессоры.

Отметим, что понятия «большие», «средние» и «малые» для отечественных ЭВМ весьма условны и не соответствуют подобным категориям зарубежных ЭВМ.

1. СуперЭВМ - это ЭВМ, предназначенная для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.

Сверхбольшие или супер-ЭВМ появились в связи с тем, что производительность больших ЭВМ была недостаточной для решения таких задач, как прогнозирование метеорологической обстановки, управление в ядерной энергетике, обороне. Такие машины обладали колоссальным быстродействием в миллиарды операций в секунду, требовали для своего размещения специальных помещений и были крайне сложны в эксплуатации. Стоимость отдельной ЭВМ такого класса достигала десятков миллионов долларов.

Производительность больших ЭВМ порой оказывается недостаточной для ряда приложений, например, таких как прогнозирование метеообстановки, ядерная энергетика, оборона и т. д. Эти обстоятельства стимулировали создание сверхбольших или суперЭВМ. Такие машины обладают колоссальным быстродействием в миллиарды операций в секунду, основанном на выполнении параллельных вычислений и использовании многоуровневой иерархической структуры ЗУ (запоминающих устройств), требуют для своего размещения специальных помещений и крайне сложны в эксплуатации. Стоимость отдельной ЭВМ такого класса достигает десятков миллионов долларов. Представители этого класса ЭВМ - компьютеры фирм Grey Research, Control Data Corporation и отечественные супер-ЭВМ семейства «Эльбрус».

2. Большие ЭВМ – это ЭВМ, предназначенные для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. Большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения) исторически появились первыми. Их элементная база прошла путь от электронных ламп до схем со сверхвысокой степенью интеграции. Основное назначение больших ЭВМ заключалось в выполнении работ, связанных с обработкой и хранением больших объёмов информации, проведением сложных расчётов и исследований в ходе решения вычислительных и информационно-логических задач. К ним относятся большинство моделей фирмы IBM (семейства 360, 370, 390) и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ. Большие машины составляли основу парка вычислительной техники до середины 70-х годов.

В настоящее время высказываются полярные мнения о перспективах развития больших машин. Согласно одному из них, возможности больших машин полностью перекрываются, с одной стороны, суперЭВМ, а с другой - мини-ЭВМ и, выработав свой ресурс, этот класс прекратит свое существование. Другая сторона убеждает в необходимости развития универсальных больших и суперЭВМ, 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 её обработки.

3. Средние ЭВМ – это ЭВМ, предназначенные для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределённой обработкой информации в качестве сетевых серверов информации в качестве сетевых серверов. Средние ЭВМ обладали несколько меньшими возможностями и более низкой стоимостью, чем большие ЭВМ и предназначались для обработки довольно больших объёмов информации с невысокими требованиями по производительности.

Средние ЭВМ представляют некоторый интерес в историческом плане. На определённом этапе развития ЭВМ, когда их номенклатура и, соответственно, возможности были ограниченными, появление средних машин было закономерным. Вычислительные машины этого класса обладают несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но зато им присуща и более низкая стоимость. Они предназначены для использования всюду, где приходится постоянно обрабатывать достаточно большие объёмы информации с приемлемыми временными затратами. В настоящее время трудно определить чёткую грань между средними ЭВМ и большими с одной стороны и малыми - с другой. К средним могут быть отнесены некоторые модели ЕС ЭВМ, например: ЕС-1036, ЕС-1130, ЕС-1120. За рубежом средние ЭВМ выпускают фирмы IBM (International Business Machinary), DEC (Digital Equipment Corporation), Hewlett Packard, COMPAREX и другие.

4. Малые ЭВМ (или мини-ЭВМ) – это ЭВМ, предназначенные для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. Эти ЭВМ составляли самый многочисленный и быстро развивающийся класс ЭВМ и отличались малыми размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями. Класс мини-ЭВМ появился в 60-е годы (12-разрядная ЭВМ PD5-5 фирмы DEC). Их появление было обусловлено развитием элементной базы и избыточностью ресурсов больших и средних ЭВМ для ряда приложений. Для мини-ЭВМ характерно представление данных с узким диапазоном значений (машинное слово - 2 байта), использование принципа магистральности в архитектуре и более простое взаимодействие человека и ЭВМ. К мини-ЭВМ относятся машины серии PDP (затем VAX) фирмы DEC и их отечественные аналоги — модели семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

5. Микро ЭВМ – это ЭВМ, определяющим признаком которой является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Создание микропроцессора не только изменило центральную часть ЭВМ, но и привело к необходимости разработки малогабаритных устройств её периферийной части. Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надёжности и небольшой стоимости нашли широкое распространение во всех сферах народного хозяйства и оборонного комплекса. С появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ становится возможным создание так называемых интеллектуальных терминалов, выполняющих сложные процедуры предварительной обработки информации.

Микро-ЭВМ получили широкое распространение во всех сферах экономики, промышленности и оборонного комплекса, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости.

6. Персональные и профессиональные ЭВМ (ПЭВМ) – это ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей и ориентированы на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники, то есть для поддержки различных видов профессиональной деятельности (инженерной, административной, производственной, литературной, финансовой), так и в быту, например, для обучения и досуга. На основе персональных компьютеров создаются автоматизированные рабочие мести (АРМ) для представителей разных профессий: конструкторов, дизайнеров, технологов, менеджеров.

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола.

ПЭВМ, выпускаемые в сотнях тысяч и миллионах экземпляров, вносят коренные изменения в формы использования вычислительных средств, в значительной степени расширяют масштабы их применения. Они широко используются как для поддержки различных видов профессиональной деятельности (инженерной, административной, производственной, литературной, финансовой и др.), так и в быту, например для обучения и досуга.

Персональный компьютер позволяет эффективно выполнять научно-технические и финансово-экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать документы и любые другие тексты, вести делопроизводство, обрабатывать графическую информацию и т. д. Выполнение многих из указанных функций поддерживается многочисленными эффективными универсальными функциональными пакетами программ.

На основе ПЭВМ создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий (конструкторов, технологов, административного аппарата и др.).

Рынок персональных и микро-ЭВМ непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм: IBM, Compaq, Hewlett Packard, Apple (США), Siemens (Германия), ICL (Англия) и другие. 

7. Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети.

Классификацию вычислительной техники по её месту и роли в сети можно представить следующим образом:

- мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми хранилищами информации и мейнфреймы;

- кластерные структуры;

- серверы;

- рабочие станции;

- X- терминалы;

- сетевые компьютеры.

Мейнфрейм - это синоним понятия «большая универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью).

Мощные машины и вычислительные системы предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.

Кластерные структуры – это многомашинные распределённые вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов.

Термин «кластеризация» на сегодня в компьютерной промышленности имеет много различных значений. Строгое определение могло бы звучать так: «реализация объединения машин, представляющегося единым целым для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей». Машины, кластеризованные вместе таким способом могут при отказе одного процессора очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера. Работа любой кластерной системы определяется двумя главными компонентами: высокоскоростным механизмом связи процессоров между собой и системным программным обеспечением, которое обеспечивает клиентам прозрачный доступ к системному сервису.

Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие определённым видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс - серверы, почтовые, коммуникационные, Web- серверы и др.

Прикладные многопользовательские коммерческие и бизнес- системы, включающие системы управления базами данных и обработки транзакций, крупные издательские системы, сетевые приложения и системы обслуживания коммуникаций, разработку программного обеспечения и обработку изображений все более настойчиво требуют перехода к модели вычислений «клиент-сервер» и распределённой обработке.

В распределённой модели «клиент-сервер» часть работы выполняет сервер, а часть пользовательский компьютер (в общем случае клиентская и пользовательская части могут работать и на одном компьютере).

Существует несколько типов серверов, ориентированных на разные применения:

- файл-сервер;

-сервер базы данных;

-принт-сервер;

-вычислительный сервер;

- сервер приложений.

Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ).

С другой стороны существует классификация серверов, определяющаяся масштабом сети, в которой они используются:

-сервер рабочей группы;

-сервер отдела;

- сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер).

Эта классификация весьма условна. Например, размер группы может меняться в диапазоне от нескольких человек до нескольких сотен человек, а сервер отдела обслуживать от 20 до 150 пользователей. Очевидно в зависимости от числа пользователей и характера решаемых ими задач требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, к его надёжности и производительности сильно варьируются.

Рабочая станция - это высопроизводительный компьютер, предназначенный для решения профессиональных задач, таких как обработка видео, работа с программами проектирования (САПР) и т.д.

Рабочая станция отражает факт наличия в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПЭВМ, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.

Современный рынок «персональных рабочих станций» не просто определить. По сути он представляет собой совокупность архитектурных платформ персональных компьютеров и рабочих станций, которые появились в настоящее время, поскольку поставщики компьютерного оборудования уделяют всё большее внимание рынку продуктов для коммерции и бизнеса.

X-терминалы – это комбинация бездисковых рабочих станций и стандартных ASCII-терминалов. Бездисковые рабочие станции часто применялись в качестве дорогих дисплеев, и в этом случае не полностью использовали локальную вычислительную мощь. Совсем недавно, как только стали доступными очень мощные графические рабочие станции, появилась тенденция применения «подчинённых» X-терминалов, которые используют рабочую станцию в качестве локального сервера.

На компьютерном рынке X-терминалы занимают промежуточное положение между персональными компьютерами и рабочими станциями. X -терминалы отличаются от ПК и рабочих станций не только тем, что не выполняет функции обычной локальной обработки. Работа X-терминалов зависит от главной системы, к которой они подключены посредством сети.

Х-терминалы отличаются также от стандартных алфавитно-цифровых ASCII и традиционных графических дисплейных терминалов тем, что они могут быть подключены к любой главной системе, которая поддерживает стандарт X- Windows.

Более того, локальная вычислительная мощь X-терминала обычно используется для обработки отображения, а не обработки приложений (называемых клиентами), которые выполняются удаленно на главном компьютере (сервере). Вывод такого удалённого приложения просто отображается на экране X-терминала.

Сетевые компьютеры (СК) – это упрощённые персональные компьютеры, вплоть до карманных ПК. Они становятся ещё одним стандартом, объединяющим целый класс компьютеров, который получает массовое производство и распространение.

Их применение позволяет аккумулировать вычислительные мощности и все виды вычислительных услуг на серверах в сетях ЭВМ. В связи с этим отпадает необходимость каждому пользователю иметь собственные автономные средства обработки. Очень многие из них могут обращаться к вычислительным ресурсам сетей с помощью простейших средств доступа - сетевых компьютеров.

Требуемая информация и нужные виды её обработки будут выполнены серверами сети, а пользователи получают уже готовые, требуемые им результаты.

Собственные средства обработки в СК представлены достаточно слабо или вообще отсутствуют. Основу СК составляет весьма скромный по своим возможностям встроенный микропроцессор или блок управления. Очень многие фирмы (Oracle, Sun, Philips, даже IBM и др.) проявляют интерес к этому новому классу компьютеров и связывают с ним большие надежды. Уже появились первые разработки подобных устройств, но пока ещё не выявлены единые принципы их структурного и функционального построения.

Уже теперь понятие «сетевой компьютер» отождествляется с целым спектром моделей, различающихся своими функциональными возможностями. Чаще всего под СК понимают достаточно дешёвый компьютер с малой оперативной памятью, с отсутствием жёсткого и гибкого дисков и со слабым программным обеспечением. Стоимость СК должна быть намного ниже стоимости персонального компьютера (ПК) приличной конфигурации. Намечается достаточно широкая классификация СК в соответствии с их возможностями по представлению данных, выполнения отдельных простейших программ и приложений.

Классификацию сетевых компьютеров можно представить в таком виде:

- Windows-терминалы (Windows-based Terminal, WBT);

- настольные и мобильные ПК с операционной системой Windows СЕ, рассчитанные на запуск приложений на сервере и получение от него данных;

- простейшие универсальные СК - настольные ПК с доступом к различным сетевым ресурсам. Практически все требуемые пользователям программы должны выполняться на сервере;

- сетевые компьютеры Java (Java Net PC), способные выполнять простейшие Java-программы;

- достаточно мощные СК (Net PC) – настольные ПК с резидентной операционной системой, способные работать с большинством приложений.

Для повышения эффективности обработки больших объёмов данных и экономической информации, целесообразно использовать комплекс компьютеров различных классов - от ПК до больших ЭВМ. При этом на каждом уровне будут решаться задачи, соответствующие возможностям конкретного класса компьютеров.