22

2.Персональные компьютеры

2.1. Классификация компьютеров

Существующие сейчас типы компьютеров очень многочисленны и разнообразны; они различаются размерами, вычислительными возможностями, стоимостью и назначением. Наиболее распространенным типом компьютеров являются

персональные компьютеры (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Персональный компьютер базовой конфигурации

Среди множества современных ЭВМ можно выделить основные классы:

2.1.1. СуперЭВМ

СуперЭВМ предназначены для решения сверхсложных задач в военном деле, экономике, космонавтике, метеорологии и пр. Это очень сложные и дорогие машины. Наиболее мощные ЭВМ этого класса — семейство ASCI — принадлежат Министерству энергетики США. Производительность их превышает 1 трлн операций с плавающей запятой в секунду. США пытаются на них реализовать проект перехода от натуральных ядерных испытаний к машинному моделированию. Машин такого уровня около 500 в мире. Лучшие ПЭВМ по производительности примерно в 100 тысяч раз слабее суперЭВМ.

2.1.2. Большие вычислительные комплексы

Большие вычислительные комплексы (БВК) применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие ЭВМ.

Штат обслуживания БВК составляет до многих десятков человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп, в 90-х гг. были очень распространены в СССР и

23

всем мире. В СССР это были в основном различные модификации серии ЕС (единая система). Ориентировочные данные подобных ЭВМ: быстродействие до 5 млн опер./с; объем ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) до 8 Мбайт; зани-

маемая площадь от 50 до 200 м2.

БВК выпускаются и в настоящее время, но современные технологии позволили резко уменьшить их габариты: массу до 100 кг; занимаемую площадь до 12 м2.

В них используются все известные средства повышения производительности и надежности вычислительных систем. БВК отличаются от суперЭВМ большей мощностью каналов ввода-вывода. К одному мэйнфрейму может быть подключено несколько тысяч терминалов.

2.1.3. Мини-ЭВМ

От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной. Для организации работы с мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.

2.1.4. Микро-ЭВМ

Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек. В число сотрудников вычислительной лаборатории обязательно входят программисты. Необходимые системные программы обычно покупают вместе с микро-ЭВМ, а разработку нужных прикладных программ заказывают более крупным вычислительным центрам или специализированным организациям.

Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению с большими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах для выполнения вспомогательных операций.

2.1.5. Персональные ЭВМ

Персональные ЭВМ (ПЭВМ), обладая большими возможностями, вытеснили БВК и мини-ЭВМ из многих областей деятельности. Их возможности велики; производительность — более 1 млн опер./с (тактовая частота свыше 1000 МГц); объем ОЗУ более 512 Мбайт; объем винчестера — до 120 Гбайт.

2.1.6. Рабочие станции

Рабочие станции – это младшие модели мини-ЭВМ, их производительность выше, чем у самых мощных ПК. Чаще всего это однопользовательские компьютеры. Применяются рабочие станции в студиях анимации, при разработках в системах автоматизированного проектирования.

24

2.1.7. Карманные компьютеры

Карманные компьютеры – это электронные записные книжки (они позволяют только записывать и читать текст).

Эти ЭВМ отличаются от ПК не только размерами и весом (0,1 – 1,2 кг), но и тем, что формат данных, применяемый в них, не совместим с ПК. В них используются собственные операционные системы.

2.1.8. Другие виды классификации компьютеров

Классификация по уровню специализации. По уровню специализации ком-

пьютеры делят на универсальные и специализированные. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так, например, один и тот же персональный компьютер можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами.

Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графическими станциями. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами.

Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается, что использование специализированных систем все-таки эффективнее. Критерием оценки эффективности выступает отношение производительности оборудования к величине его стоимости.

Классификация по типоразмерам. Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), порта-

тивные (notebook) и карманные (palmtop) модели.

Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются принадлежностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой изменения конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних приборов или установки дополнительных внутренних компонентов. Достаточные размеры корпуса в настольном исполнении позволяют выполнять большинство подобных работ без привлечения специалистов, а это позволяет настраивать компьютерную систему оптимально для решения именно тех задач, для которых она была приобретена.

Портативные модели удобны для транспортировки. Их используют бизнесмены, коммерсанты, руководители предприятий и организаций, проводящие много времени в командировках и переездах. С портативным компьютером можно работать при отсутствии рабочего места. Особая привлекательность портативных компьютеров связана с тем, что их можно использовать в качестве средства связи.

Подключив такой компьютер к телефонной сети, можно из любой географической точки установить обмен данными между ним и центральным компьютером своей организации. Так производят обмен данными, передачу приказов и

25

распоряжений, получение коммерческих данных, докладов и отчетов. Для эксплуатации на рабочем месте портативные компьютеры не очень удобны, но их можно подключать к настольным компьютерам, используемым стационарно.

Классификация по совместимости. В мире существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными.

Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы — IBM PC и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — понижает.

Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости:

совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.

Классификация по типу используемого процессора. Процессор — основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах — специальная микросхема, которая выполняет все вычисления в компьютере. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора. Тип используемого процессора в значительной (хотя и не в полной мере) характеризует технические свойства компьютера.

2.2.История развития универсальных ЭВМ и их характеристики

Вистории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был положен физикотехнологический принцип: машину относят к тому или иному поколению в зависимости от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Приведенные даты, относящиеся к поколениям, соответствуют периоду промышленного производства; проектирование велось значительно раньше. В настоящее время физико-технологический принцип не является единственным при определении принадлежности той или иной ЭВМ к поколению. Учитывается уровень программного обеспечения, быстродействие, другие факторы, основные из которых сведены в табл. 2.2.1.

Машина первого поколения – десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, лентопротяжными устройствами, громоздкие печатающие агрегаты на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источника-питания, постоянно

26

гудящее и вибрирующее (почти как в цехе машиностроительного завода). Обслуживание – ежечасное. Часто выходящие из строя узлы, перегорающие лампы, и вместе с тем невиданные, волшебные возможности для тех, кто, например, занят математическим моделированием. Быстродействие до 1000 оп/с и память на 1000 чисел делало доступным решение задач, к которым раньше нельзя было и подступиться.

Приход полупроводниковой техники (первый транзистор был создан в 1948 г., первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид машинного зала: болee нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое главное, возросшие возможности для пользователя. К машинам первых трех поколений допускали инженеров, системных программистов и операторов, а пользователь чаще всего передавал в соседнем помещении перфоленты или перфокарты, на которых были его программы и входные данные задачи.

Начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) с производительностью порядка 104 оп/с были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, однако БЭСМ – 6 имела профессиональные показатели и стоимость на 2 – 3 порядка выше.

В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см2) кремниевой подложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике действий на них «выращивались» электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Эти технологии позволили перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого – интегральные схемы.

При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе, а потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.

Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всего семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е годы были временем создания унифицированных серий: ЕС ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм

IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающихся назначением и производительностью.