Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности
По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разде- лить (рис. 6.5) на сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ), большие, ма- лые и сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ). Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важ- нейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как: □ быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, вы- полняемых машиной за единицу времени; □ разрядность и формы представления чисел, которыми оперирует компь- ютер; □ номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих уст- ройств; □ номенклатура и технико-экономические характеристики внешних уст- ройств хранения, обмена и ввода-вывода информации; □ типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой (тип внутримашинного интерфейса); □ способность компьютера одновременно работать с несколькими пользо- вателями и выполнять параллельно несколько программ (многозадачность); □ типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных сис- тем, используемых в машине; □ наличие и функциональные возможности программного обеспечения; □ способность выполнять программы, написанные для других типов ком- пьютеров (программная совместимость с другими типами компьютеров); □ система и структура машинных команд; □ возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети; □ эксплуатационная надежность компьютера; □ коэффициент полезного использования компьютера во времени, опре- деляемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики. Исторически первыми появились большие ЭВМ,элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой сте- пенью интеграции. Первая большая ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 году. Эта машина весила более 30 тонн, имела быстродей- ствие несколько сотен операций в секунду, оперативную память емкостью 20 чисел, занимала зал площадью около 150 м2. Производительность больших компьютеров оказалась недостаточной для ряда задач (прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборон- ными комплексами, биологических исследований, моделирования экологиче- ских систем и др.).Это явилось предпосылкой для разработки и создания су- перкомпьютеров,самых мощных вычислительных систем, интенсивно разви- вающихся и в настоящее время. Появление в 70-х годах малых компьютеровобусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой — избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложе- ний. Малые компьютеры используются чаще всего для управления технологи- ческими процессами. Они более компактны и существенно дешевле больших компьютеров. Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению супермини-компьютера — вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых компьютеров, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ. Изобретение в 1969 году микропроцессора(МП) привело к появлению в 70-х годах еще одного класса компьютеров — микрокомпьютеров.Именно наличие МП послужило первоначально определяющим признаком микроком- пьютеров. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах компьютеров. Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов компьюте- ров.
Большие компьютеры Большие компьютеры за рубежом часто называют мэйнфреймами(main- frame); к ним относят, как правило, компьютеры, имеющие: □ высокую производительность не менее 100 MIPS; □ большую основную память; □ внешнюю память не менее 100 Гбайт; □ многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей). Основные направления эффективного применения мэйнфреймов — реше- ние научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вы- числительными сетями и их ресурсами. Последнее направление — использова- ние мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей — часто отмечается специалистами как наиболее актуальное. ПРИМЕЧАНИЕ Мэйнфреймы часто именуются большими серверами (серверами-мэйнфреймами). В принципе это допустимо, но иногда вносит путаницу в терминологию. Дело в том, что сер- веры — это многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях. Серверы обычно относят к микрокомпьютерам, но по своим характеристикам мощные сер- веры можно отнести и к малым компьютерам, и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы при- ближаются к суперкомпьютерам. Сервер — это классификационная группа компьютеров, выделяемая по сфере применения компьютеров, а микрокомпьютеры, малые компьютеры, мэйнфреймы, суперкомпьютеры — это классификационные группы компьютеров, выделяе- мые по размерам и функциональным возможностям. Родоначальником современных больших компьютеров, по стандартам ко- торых в последние несколько десятилетий развивались машины этого класса в большинстве стран мира, являются машины фирмы IBM.Модели IBM 360 и IBM 370 с их архитектурой и программным обеспечением взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ. Среди лучших разработок мэйнфреймов за рубежом следует в первую оче- редь отметить американские: □ IBM 3090, IBM 4300 (4331, 4341,.4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 году (2-е поколение мэйнфреймов); □ IBM ES/9000, созданные в 1990 году (3-е поколение); □ S/390 и AS/400 (4-е поколение). Распространенными в мире являются и японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu и Millennium фирмы Amdahl (теперь дочернего предприятия корпорации Fujitsu), а также мэйнфреймы 8/*, 9/*, М2000 и С2000 немецкой фирмы Comparex Information Systems. Семейство мэйнфреймов М 1800 фирмы Fujitsu пришло в 1990 году на смену моделям V 780 и включает в себя 5 новых моделей: Model-20, 30, 45, 65, 85; старшие модели Model-45, 65, 85 — много- процессорные компьютеры, соответственно, с 4, 6 и 8 процессорами; последняя старшая модель имеет основную память емкостью 2 Гбайт и 256 каналов ввода- вывода. Немецкая фирма Comparex выпускала мэйнфреймы 3-го поколения (сейчас поставляются second hand системы): модели 8/8х, 8/9х, 9/8хх, 9/9хх, 99/ххх, со- держащие до 8 процессоров, оперативную память до 8 Гбайт и имеющие про- изводительность от 20 до 385 MIPS. В настоящее время производятся мэйн- фреймы 4-го поколения: М2000 и С2000, имеющие производительность, соот- ветственно, до 990 и 870 MIPS, объем оперативной памяти до 8000 и 16 000 Мбайт. Среднее время наработки на отказ у этих систем чрезвычайно большое — 12 лет. По сравнению с машинами 3-го поколения существенно уменьши- лись габариты (конструктив 1-2 шкафа) и потребляемая мощность (8- процессорная модель М2000 потребляет 50 КБ А, а 8-процессорная модель 99/ххх — 171 КВА и требует водяного охлаждения). Зарубежными фирмами рейтинг мэйнфреймов определяется по многим показателям, среди них: □ надежность, □ производительность; □ емкость основной и внешней памяти; □ время обращения к основной памяти; □ время доступа и трансфер внешних запоминающих устройств; □ характеристики кэш-памяти; □ количество каналов и эффективность системы ввода-вывода; □ аппаратная и программная совместимость с другими компьютерами; □ поддержка сети и т. д.
Малые компьютеры □ Малые компьютеры (миниЭВМ)— надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравне- нию с мэйнфреймами возможностями. Все модели миникомпьютеров разрабатываются на основе микропроцес- сорных наборов интегральных микросхем, 32, 64 и 128-разрядных микропро- цессоров. Основные их особенности: □ широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения; □ аппаратная реализация большинства системных функций ввода- вывода информации; □ простая реализация многопроцессорных и многомашинных систем; □ высокая скорость обработки прерываний; □ возможность работы с форматами данных различной длины. К достоинствам миникомпьютеров можно отнести: □ специфичную архитектуру с большой модульностью; □ лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность—цена; □ повышенную точность вычислений. Миникомпыотеры ориентированы на использование в качестве управляю- щих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов широкая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками меж- процессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислитель- ных систем с изменяемой структурой. Наряду с использованием миникомпью- теров для управления технологическими процессами, они успешно применяют- ся для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в сис- темах автоматизированного проектирования, в системах моделирования не- сложных объектов, в системах искусственного интеллекта. Родоначальником современных миникомпьютеров можно считать компь- ютеры PDP-11 фирмы DEC(США), они явились прообразом и наших отечест- венных миниЭВМ - Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1, 2, 3, 4, 1400, 1700 и т. д. В настоящее время семейство миникомпьютеров PDP-11 включает большое число моделей, начиная от VAX-11 до VAX-3600; мощные модели миникомпьютеров класса 8000 (VAX-8250, 8820); суперминикомпыотеры клас- са 9000 (VAX-9410, 9430) и т. д. Миникомпыотеры VAX полностью перекрывают весь диапазон характери- стик этого класса компьютеров и в подклассе суперминикомпьютеров стирают грань с мэйнфреймами. Среди прочих миникомпьютеров следует отметить: □ однопроцессорные: IBM 4381, HP 9000; □ многопроцессорные: Wang VS 7320, AT&T ЗВ 4000; □ суперминикомпыотеры HS 4000, по характеристикам не уступаю- щие мэйнфреймам.
Микрокомпьютеры Микрокомпьютерывесьма многочисленны и разнообразны. Среди них можно выделить несколько подклассов (рис. 6.6). □ Многопользовательские микрокомпьютеры — это мощные микроком- пьютеры, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям. □ Персональные компьютеры — однопользовательские микрокомпьютеры, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности примене- ния. □ Рабочие станции (workstation) представляют собой однопользователь- ские микрокомпьютеры, часто специализированные для выполнения опреде- ленного вида работ (графических, инженерных, издательских и т. д.). □ Серверы (server) — многопользовательские мощные микрокомпьютеры в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех рабочих станций сети.
□ Сетевые компьютеры (network computer) — упрощенные микрокомпью- теры, обеспечивающие работу в сети и доступ к сетевым ресурсам, часто спе- циализированные на выполнение определенного вида работ (защита сети от не- санкционированного доступа, организация просмотра сетевых ресурсов, элек- тронной почты и т. д.). Персональные компьютеры(ПК) относятся к классу микрокомпьютеров, но ввиду их массовой распространенности заслуживают особого внимания. ПК для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности приме- нения должна обладать такими качествами, как: □ малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для ин- дивидуального покупателя; □ автономность эксплуатации без специальных требований к услови- ям окружающей среды; □ гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптируемость к разно- образным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту; □ дружественность операционной системы и прочего программного обес- печения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специ- альной профессиональной подготовки; □ высокая надежность работы (более 5000 часов наработки на отказ). Среди современных ПК в первую очередь следует отметить компьютеры американской фирмы IBM (International Business Machine Corporation). Широко известны персональные компьютеры, выпускаемые американски- ми фирмами: Apple (компьютеры Macintosh), Compaq Computer, Hewlett- Packard, Dell, DEC (Digital Equipment Corporation), а также фирмами Велико- британии: Spectrum, Amstrad; Франции: Micral; Италии: Olivetti; Японии: To- shiba, Matsushita (Panasonic) и Partner. Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM, первые модели которых появились в 1981 году, и их аналоги других фирм; существенно уступают по популярности ПК фирмы Ap- ple (Macintosh), занимающие по распространенности 2-е место. В настоящее время мировой парк компьютеров составляет более четверти миллиарда штук, из них около 90% — это персональные компьютеры (компью- теров типа IBM PC более 80% всех ПК). Отечественная промышленность (страны СНГ) выпускала микрокомпью- теры: □ Apple-совместимые — диалоговые, вычислительные комплексы ДВК-1- ДВК-4 на основе «Электроника МС-1201»; «Электроника 85», «Электроника 32» и т. п.; □ IBM PC-совместимые - ЕС1840-ЕС1842, ЕС1845, ЕС1849, ЕС1861, «Ис- кра 1030», «Истра 4816», «Нейрон И9.66» и т. д. По поколениям персональные компьютеры делятся на: o 1-го поколения: используют 8-битовые микропроцессоры; o2-го поколения: используют 16-битовые микропроцессоры; o3-го поколения: используют 32-битовые микропроцессоры; o4-го поколения: используют 64-битовые микропроцессоры.
Суперкомпьютеры К суперкомпьютерамотносятся мощные многопроцессорные вычисли- тельные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропро- цессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленно- го конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), поскольку время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 милли- ардов операций в секунду становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопарал- лельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС). Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей. 1. Магистральные(конвейерные) МПВС, у которых процессор одновре- менно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабаты- ваемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к систе- мам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data). 2. ВекторныеМПВС, у которых все процессоры одновременно выпол- няют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD – Single Instruction Multiple Data). 3. МатричныеМПВС, у которых микропроцессор одновременно выпол- няет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых дан- ных – многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD – Multiple Instruction Multiple Data). Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцес- сорных ВС показаны на рис. 6.7.
В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС: □ структура MIMD в классическом ее варианте (например, в суперкомпь- ютере BSP фирмы Burrought); □ параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть много- процессорная (Multiple) MISD архитектура (например в суперкомпьютере «Эльбрус 3»); □ параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть многопро- цессорная SIMD архитектура (например в суперкомпьютере Cray 2). Наибольшую эффективность показала MSIMD архитектура, поэтому в со- временных суперкомпьютерах чаще всего находит применение именно она (су- перкомпьютеры фирм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi и т. д.)- Первый суперкомпью- тер был задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина ILLIAC IV с производи- тельностью 20 MFLOPS), а начиная с 1975 года лидерство в разработке супер- компьютеров захватила фирма Cray Research, выпустившая Cray 1 с производи- тельностью 160 MFLOPS и объемом оперативной памяти 8 Мбайт, а в 1984 го- ду — Cray 2, в полной мере реализовавший архитектуру MSIMD и ознамено- вавший появление нового поколения суперкомпьютеров. Производительность Cray 2 — 2000 MFLOPS, объем оперативной памяти — 2 Гбайт (классическое соотношение, ибо критерий сбалансированности ресурсов компьютера — «ка- ждому MFLOPS производительности процессора должно соответствовать не менее 1 Мбайт оперативной памяти»). В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперкомпью- теров, начиная от простых офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y- MP C90 фирмы Cray Research, Cyber 205 фирмы Control Data, SX-3 и SX-X компании NEC, VP 2000 компании Fujitsu (обе фирмы японскиеХ VPP 500 ком- пании Fujitsu Siemens (немецко-японская) и т. д., производительностью не- сколько десятков тысяч MFLOPS. Среди лучших суперкомпьютеров можно отметить и отечественные супер- компьютеры. В сфере производства суперкомпьютеров Россия, пожалуй, впер- вые, представила собственные оригинальные модели компьютеров (все осталь- ные, включая и ПЭВМ, и малые ЭВМ, и универсальные компьютеры за редким исключением, например ЭВМ «Рута НО», копировали зарубежные решения, и, в первую очередь, разработки фирм США). В СССР, а позднее в России была разработана и реализуется (сейчас, прав- да, почти заморожена) государственная программа разработки суперкомпьюте- ров. В рамках этой программы были спроектированы и выпущены такие супер- компьютеры, как повторяющая Cray-архитектуру модель «Электроника СС БИС», оригинальные разработки: ЕС 1191, ЕС 1195, ЕС 1191.01, ЕС 1191.10, «Эльбрус».
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (3187)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |