4.3. Классификация эвм
Число классификаций ЭВМ велико, и они постоянно обновляются и совершенствуются. Однако мала вероятность появления такой исчерпывающей классификации ЭВМ, как, например, созданная Д.И. Менделеевым Периодическая таблица химических элементов, которая позволяет предсказать свойства неизвестного науке химического элемента.
Компьютеры могут быть классифицированы по различным признакам, в частности, по:
этапам создания и элементной базе (на электронных лампах, транзисторах, микросхемах малой степени интеграции, микросхемах большой степени интеграции);
размерам и вычислительной мощности (суперЭВМ, большие ЭВМ или мейнфреймы, малые ЭВМ, микроЭВМ, портативные или наколенные компьютеры – Lap Top, компьютеры-блокноты – Note Book, электронные секретари – Hand Help, карманные компьютеры – Palm Top);
принципу действия (АВМ, ЦВМ, ГВМ);
степени доступности (персональные и коллективные ЭВМ);
назначению (серверы и рабочие станции – клиенты);
функциональным возможностям (универсальные, проблемно-ориентированные и специализированные ЭВМ);
по числу потоков и команд (SISD, MISD, SIMD, MIMD).
Дадим небольшие комментарии к каждой классификации.
Первая электронная вычислительная машина была построена в середине 40-х годов XX столетия на электронных вакуумных лампах. Для ЭВМ первого поколения характерными чертами были большая потребляемая мощность и невысокая надежность, вызванная частыми отказами электронных ламп. ЭВМ второго поколения были построены на полупроводниковых элементах – транзисторах.
ЭВМ третьего и четвертого поколений использовали соответственно микросхемы малой и большой степени интеграции (эти микросхемы отличались числом элементов, размещенных в одном корпусе, на одной подложке).
В табл. 1 приведены характеристики ЭВМ, различаемых по размерам и вычислительной мощности. Классификация по этим показателям наименее устойчива. Размеры вычислительных средств постоянно уменьшаются, а производительность (вычислительная мощность) постоянно растет.
Таблица 1
В качестве единицы измерения производительности ЭВМ в табл. 1 указано число миллионов операций, выполняемых процессором за одну секунду (MIPS).
Исторически первыми появились большие ЭВМ. Скорее это название было связано с габаритами ЭВМ. Что касается производительности первых машин, то по современным понятиям их возможности были чрезвычайно малы.
Появление в 70-х годах XX столетия малых ЭВМ было обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области микроэлектроники, а с другой – неиспользованной избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управления технологическими процессами предприятий. Они компактнее и дешевле больших ЭВМ.
Изобретение микропроцессора привело к появлению в 70-х годах XX столетия еще одного класса машин – микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех классах ЭВМ. Наибольшую популярность в настоящее время получили персональные микроЭВМ – ПЭВМ, например, производства фирмы IBM с процессорами фирмы Intel – Pentium.
Вес самых малогабаритных переносных и карманных микроЭВМ составляет всего 200 – 300 г.
Для решения сложных задач: прогнозирование метеообстановки, управления оборонными комплексами и др. – были разработаны наиболее сложные и мощные машины – суперЭВМ.
Создать высокопроизводительную суперЭВМ на одном микропроцессоре не удается из-за ограничения скорости распространения электромагнитных волн. Поэтому суперЭВМ проектируют в виде многопроцессорных вычислительных систем (МПВС). При этом одновременно (параллельно) работает несколько тысяч процессоров, увеличивая тем самым суммарную производительность системы.
МПВС имеют несколько разновидностей:
векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными – однократный поток команд с многократным потоком данных – SIMD (Single Instruction Stream / Multiple Data Stream);
конвейерные МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных – MISD (Multiple Instruction Stream / Single Data Stream).;
матричные МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над несколькими потоками обрабатываемых данных – многократный поток команд с многократным потоком данных – MIMD (Multiple Instruction Stream / Multiple Data Stream).
Вероятно, здесь же уместно упомянуть традиционные для многих пользователей ПЭВМ однопроцессорные SISD ЭВМ, которые по числу обрабатываемых потоков команд и данных являются простейшими.
Аббревиатура SISD (Single Instruction Stream / Single Data Stream) означает одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся машины фон-неймановского типа. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных.
Универсальные ЭВМ предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются наиболее сложными и дорогими машинами. Для проблемно-ориентированных ЭВМ характерно ограничение машинных ресурсов применительно к определенному классу задач. Такие ЭВМ используются в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП), автоматизированных системах научных исследований (АСНИ), системах автоматизированного проектирования (САПР), в автоматизированных рабочих местах (АРМ). Специализированные ЭВМ служат для решения узкого класса задач (или даже одной задачи), требующих многократного повторения рутинных операций (например, продажа билетов на транспорте, управление коммутацией на автоматической телефонной станции, статистическая обработка информации в измерительном приборе).
В цифровых вычислительных машинах (ЦВМ) информация циркулирует в виде двоичных сигналов (кодов), с помощью которых представляются буквы, числа, знаки препинания, математические символы, управляющие сигналы, графические изображения, звуковые картины и т. д. Все данные и команды в конечном счете заменяются сигналами двух уровней – высокого и низкого, которые принято называть единицами и нулями.
В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) электрические сигналы имеют непрерывный характер. О результатах вычислений судят по величине электрических напряжений на выходе операционных усилителей, которые составляют основу АВМ.
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – это комбинированные машины, которые работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой формах.
Сервер (Server) – компьютер, предоставляющий услуги другому компьютеру – клиенту (рабочей станции). С помощью сервера другие компьютеры получают доступ к базам данных, находящимся на сервере, принтерам и факсам, подключенным к серверу. Среди компьютеров различают почтовые серверы, серверы печати, файл-серверы и т. п.
Почтовые серверы служат для организации электронной почты. Именно на жестких дисках таких серверов создаются почтовые ящики, куда приходят сообщения для пользователей.
К серверам печати подключены принтеры, и они предоставляют услуги для других компьютеров, пользователи которых распечатывают свои документы с помощью серверов печати.
Файл-серверы являются хранилищами информации (файлов). По запросу клиентов они пересылают необходимые файлы, которые хранятся на жестком диске. Существуют серверы приложений, которые, по запросу клиентов выполняют некоторую программу, а клиенту отсылают только результаты.
В заключение еще раз отметим, что рассмотренные классификации в известной мере условны, так как границы между группами ЭВМ размыты и очень подвижны во времени.