ГЛАВА 8 АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ГЕОИНФОРМАТИКИ

Технические компоненты геоинформационной системы могут различаться в зависимости от ее назначения, однако основными являются следующие: компьютер (универсальный центральный процессор), связанный с дисковой операционной системой; ди­гитайзер, сканер или другое устройство для перевода данных в цифровую форму и ввода их в компьютер; плоттер или другое средство визуализации результатов обработки данных; универсаль­ный дисплей (терминал) для контроля и управления работой ком­пьютера и периферийных устройств. Все технические средства в системе должны быть взаимосвязаны технически и программно. Обзор естественно начать со средств вычислительной техники.

История развития вычислительной техники насчитывает всего немногим более 60 лет. Считается, что первой ЭВМ была машина, которую в 1939 г. построил и испытал Джон Винсент Атанасов вме­сте со своим ассистентом Клиффордом Э. Берри. Они назвали ее ABC (Atanasoff Berry Computer). Из-за недостатка средств и отсут­ствия заинтересованности общества в их исследовании ученым при­шлось прервать работу, которую позже довели до конца другие.

За минувшие годы неоднократно происходили существенные изменения как аппаратных, так и программных средств, меня­лась идеология общения пользователей с компьютерами. Из мощ­ного вычислительного средства, каким компьютер был на первых этапах своего развития, он постепенно превратился в универсаль­ное средство, обеспечивающее самые разнообразные интересы пользователей: от простого набора текста до обеспечения обще­ния между партнерами, находящимися на значительном расстоя­нии друг от друга. Развитие аппаратных средств, программного обеспечения и видов использования компьютера происходило скачками. Новые подходы иногда координально отличались от используемых на предыдущих этапах. Таким образом, поколение ЭВМ определяется элементной базой, архитектурой, вычисли­тельными возможностями и возможностями по взаимодействию с пользователями. Принято выделять пять поколений ЭВМ.

Первое поколение ЭВМ — ряд вычислительных машин, проек­тирование которых началось между 1940 и 1955 гг. В этих машинах использовались электронные лампы в качестве элементной базы, а также запоминающие устройства (ЗУ) на линиях задержки, ЗУ вращающегося типа и электростатические ЗУ. В большинстве ма-

шин первого поколения была реализована концепция хранимой программы, а для ввода/вывода использовалась перфорируемая бумажная лента, перфокарты, позже магнитная лента и печатаю­щие устройства, которые первоначально печатали только цифры. Программы для таких машин писались в машинных командах, программист сам работал на таких компьютерах. Использовать одни программы при написании других было практически невозможно. В программе, как правило, мог разобраться только ее автор. Не­смотря на ограниченные возможности этих машин, они позволи­ли выполнять сложнейшие расчеты, необходимые для прогнози­рования погоды, решения задач атомной энергетики, космонавтики и ряда других научных проблем. Наиболее извест­ные экспериментальные проекты машин первого поколения — Manchester Mark I, ENIAC и др.

Самыми первыми серийными машинами стали Ferranti Mark I, UNIVAC I, LEO I, а в нашей стране — БЭСМ1, Минск 1, Урал1, Урал2, Урал4, Ml, M3, БЭСМ2, Стрела и др. Быстродействие их не превышало 23 тыс. операций в секунду, емкость оперативной памяти 2048 машинных слов (длина слова 48 разрядов). В 1958 г. появилась машина М20 с памятью 4096 слов и быстродействием около 20 тыс. операций в секунду

Второе поколение ЭВМ — вычислительные машины, сконст­руированные примерно после 1955 г. Характеризуются использо­ванием в них как электронных ламп, так и транзисторов (первое сообщение о которых появилось в 1948 г.). Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал рас­ширяться диапазон применяемого оборудования ввода/вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с маг­нитными лентами и первые виды оперативно доступной памяти (магнитные барабаны и первые магнитные диски). Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности. В вычислительных машинах второго поколения были реализованы первые варианты автоматического программирова­ния, которые привели к появлению языков программирования, таких, как FAST, Fortran, и др., и трансляторов с них. К маши­нам этого класса относятся отечественные Урал14, Урал16, Минск22, Минск32, БЭСМЗ, БЭСМ4, М220, М222, БЭСМ6, МИР2, Наири и др. Быстродействие БЭСМ4, М220, М222 поряд­ка 2030 тыс. операций в секунду, а оперативная память соответ­ственно 8194, 16 384 и 32 768 слов. У БЭСМ6 быстродействие око­ло миллиона операций в секунду и память от 32 Кслов до 128 Кслов (в большинстве машин два сегмента по 32 Кслова каждый).

Программисты постепенно отделяются от компьютеров. Все общение с машиной происходит через операторов, которые вы­полняют набивку программ и их запуск на отладку и выполнение.

Запуск программ осуществляется в пакетном режиме. Это позво­ляет полнее загрузить дорогостоящую технику, но существенно замедляет отладку отдельных программ.

Третье поколение ЭВМ — машины, создаваемые примерно пос­ле I960 г. Достижения в электронике, развитие интегральных схем обеспечили возможность создания архитектуры, удовлетворяющей требованиям как решаемых задач, так и работающих на ней про­граммистов. Частью вычислительных машин стали следящие за всем операционные системы. Появилась возможность мультипрограмми­рования, многие задачи управления памятью, устройствами ввода/ вывода и другими ресурсами стала брать на себя операционная си­стема. Наиболее типичными представителями этих машин в СССР были все ЕС-ЭВМ: ЕС1010 (быстродействие до 10 тыс. операций всекунду, объем оперативной памяти от 8 до 64 Кб), ЕС1020, ЕС1030, ЕС1040, ЕС1050 (500 тыс. операций в секунду, от 256 до 1024 Кб), ЕС1060 (1,0 — 1,3 млн операций в секунду, от 2048 до 8 192 Кб), ЕС1066 (более 2 млн операций в секунду, 8 192 Кб) и др. Кроме них: «Электроника 60», «Электроника 100/125», «Электроника 79», СМЗ, СМ4 и др. При работе с этими машинами начинают исполь­зоваться терминалы, подсоединенные к компьютерам. Работа про­исходит в многопользовательском режиме. Это позволяет и в доста­точной мере загрузить компьютер и обеспечить оперативность в работе пользователей.

Четвертое поколение ЭВМ — обобщенное название ЭВМ, разработанных после 1970 г. Наиболее важной чертой этого по­коления являются учет при проектировании эффективного ис­пользования языков высокого уровня и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В машинах этого поколения широко используются большие и сверхбольшие интегральные схемы в качестве элементной базы, а также быстродействующая энергозависимая память. Появление все более разнообразных интегральных схем привело к быстрому умень­шению стоимости аппаратных средств. В то же время стоимость программного обеспечения возросла. Появилось множество ЭВМ, ориентированных на специальные применения — связь, автома­тическое управление, решение военных задач. Ранее для решения таких задач использовались универсальные ЭВМ со специализи­рованным ПО. Примером может служить многопроцессорный вы­числительный комплекс «Эльбрус». Эльбрус 1КБ имел быстро­действие до 5,5 млн операций с плавающей точкой в с, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У «Эльбрус 2» производительность До 120 млн операций в с, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 М слов (слово 72 разряда), максимальная пропускная спо­собность каналов ввода/вывода 120 Мб/с.

До четвертого поколения развитие вычислительной техники было направлено в сторону обеспечения интересов организаций

и профессиональных пользователей. Появление персонального ком­пьютера в корне изменило ситуацию. Возникло направление раз­вития, ориентированное на удовлетворение запросов массового пользователя. Это привлекло на рынок большое число фирм и су­щественно ускорило развитие как аппаратных средств, так и про­граммного обеспечения. На данном этапе развивается различная техника. Персональные компьютеры снова становятся компьюте­рами индивидуального пользования. Техника в этом случае при­меняется недостаточно эффективно, но ее низкая стоимость оп­равдывает такой вариант ее загрузки. Стремительно растет число пользовательских программ, обеспечивающих работу с текстом, базами данных, изображениями, подготовку издательских маке­тов, общение людей с использованием электронной почты, Ин­тернет и т.д. Мощными становятся средства написания и отладки программ, которые позволяют разрабатывать различные програм­мы не профессиональным программистам, а специалистам-пред­метникам.

Пятое поколение ЭВМ— класс машин, появившихся в 1990-х годах. Основной их упор — интеллектуальность. В это время появляются первые экспертные системы, системы распознавания текста, си­стемы классификации как с учителем, так и без учителя, систе­мы распознавания голоса, машинного перевода и др. Естествен­но, что работа всех перечисленных и многих других систем была бы невозможна без существенного изменения возможностей ап­паратного обеспечения, значительного увеличения быстродей­ствия, роста оперативной и долговременной памяти. С компьюте­рами или связанными с ними устройствами общаются практически все. Компьютерные элементы используются в телефонах, элект­ронных записных книжках, автомобильных и ручных навигаци­онных системах, системах охраны и защиты и т.д.

Наряду с подразделением ЭВМ по поколениям используется классификация ЭВМ по их мощностив пределах одного (реже не­скольких) поколения.

Так, уже для ЭВМ третьего поколения было характерно выде­ление микро-, мини-ЭВМ, майнфреймов и суперЭВМ, которые характеризовались следующим образом:

микро-ЭВМ — ЭВМ малых размеров, созданные на базе мик­ропроцессора. Различают микроЭВМ встроенные и персональные, настольные и портативные, профессиональные и бытовые;

мини-ЭВМ — малые ЭВМ, отличающиеся сравнительно неболь­шими размерами и стоимостью. Машины этого типа появились в конце 60-х годов XX в. и первоначально использовались в качестве управляющих вычислительных комплексов. В последующем мини-ЭВМ использовались в решении задач различных классов;

большие универсальные ЭВМ (мейнфреймы) 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). На начальном этапе мейнфреймы были компьютерами с большими габаритами, требующими специаль­но оборудованных помещений с системами водяного охлаждения и кондиционирования. Прогресс в области элементно-конструк­торской базы позволил существенно сократить их габариты.

Основными поставщиками больших универсальных ЭВМ яв­ляются известные компьютерные компании — IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf и некоторые другие, но ведущая роль принадле­жит компании IBM. Именно архитектура системы IBM/360, вы­пущенной в 1964 г., и ее последующие поколения стали образцом для подражания. В нашей стране в течение многих лет выпускались машины ряда ЕС ЭВМ, являвшиеся отечественным аналогом этой системы.

В архитектурном плане большие универсальные ЭВМ представ­ляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей па­мятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ло­жится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (по терминологии IBM — селекторные, блокмультиплексные, муль­типлексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Первоначально большие универсальные ЭВМ имели ограни­ченные возможности для объединения в единую систему обору­дования различных фирм — поставщиков оборудования. Однако время и тенденции развития персональных компьютеров и рабо­чих станций вынудили их разработчиков существенно расширить возможности своих операционных систем в направлении совмес­тимости. В настоящее время они демонстрирует свою «открытость», обеспечивая возможность использования протоколов межсоеди­нений OSI и TCP/IP или предоставляя возможность работы на своих компьютерах под управлением операционной системы UNIX.

Стремительный рост производительности персональных ком­пьютеров, рабочих станций и серверов создал тенденцию перехо­да от больших универсальных ЭВМ к компьютерам менее дорогих классов: миникомпьютерам и многопроцессорным серверам. Эта тенденция получила название «разукрупнение» (downsizing).

Суперкомпьютеры — группа специализированных машин, наи­более производительных и дорогостоящих. Такие компьютеры со­бираются только на заказ. Все они предназначены для решения задач, которые требуют огромной вычислительной мощности, так

называемых сверхресурсоемких задач. К ним относят моделирова­ние сложных физических процессов, расчет реакций ядерного синтеза, прогнозирование погоды и наступления тех или иных событий и их последствий (процесс принятия решений).

Эти машины сочетают самые последние достижения компью­терной науки и техники. Компоненты, входящие в их состав, так­же по своему уникальны. Для подобных машин готовят специаль­ное программное обеспечение и по своей сложности оно превосходит ПО для PC. Компоненты таких машин весьма чув­ствительны к условиям работы, поэтому для суперкомпьютеров создаются практически идеальные условия (отдельное помеще­ние со специальным климатом и т.п.). Можно сказать, что это направление создания ЭВМ наиболее значимо с точки зрения вы­сокой технологии: многие технологии, пришедшие позднее в мас­совые персональные компьютеры, долгое время «отработали» на суперсистемах. Наиболее заинтересованными сторонами в проек­тировании такой техники являются военные и крупные государ­ственные институты и учреждения.

Выход каждой новой модели — это своеобразное научное от­крытие. Часто компонентами таких машин являются обычные ком­плектующие, которые мы видим в привычных компьютерах (про­цессоры, микросхемы памяти, некоторые контроллеры для периферии), но соединить их нужно так, чтобы получилась ма­шина с очень высокой скоростью работы. Для этого разрабаты­ваются специальные архитектурные решения. Стоимость супер­компьютера может исчисляться сотнями тысяч и миллионами долларов.

Самый мощный на 2001 г. суперкомпьютер ASCI White сто­имостью ПО млн долл., разработанный IBM и предназначенный для моделирования ядерных взрывов, был пущен в эксплуата­цию 15 августа 2001 г. в Ливерморской национальной лаборато­рии. Производительность компьютера 12,3 трлн операций в се­кунду.

Современная классификация компьютеров выделяет карман­ные (или мобильные) ЭВМ, персональные компьютеры, рабо­чие станции, серверы, майнфреймы и суперЭВМ. Все эти систе­мы создаются на базе микропроцессоров и имеют достаточно скромные размеры и значительные возможности по сравнению с техникой аналогичных классов предыдущих поколений.

Карманные компьютеры являются полноценными компьюте­рами намного большей мощностью и универсальностью, чем элек­тронные записные книжки. В то же время они имеют почти все возможности компьютеров класса «ноутбук», при меньших раз­мерах и большой продолжительности автономной работы.

Первые карманные персональные компьютеры (КПК) появи­лись на рынке в 1994 г. Менее чем через 2 года компания 3Com,

производящая КПК серии Palm, достигла рубежа в 1 млн компь­ютеров, а в 1998 г. ею был преодолен рубеж в 4,5 млн.

КПК — это небольшие устройства (их размеры составляют при­мерно 12x8x2 см, масса 120—170 г). Серия Palm имеет процес­сор Motorola Dragon Ball 68xx, работает с 32-разрядной операци­онной системой PalmOS. Компьютеры имеют сенсорный графический экран, возможность рукописного ввода данных и воз­можность обмена данными с настольным компьютером.

Второй компанией, вступившей на это рынок, стала Microsoft, которая в 1994 г. совместно с компанией Intel разработала уст­ройство WinPad, работающее на специальной версии процессора Intel 386 «Polar» под управлением операционной системы Microsoft At Work (урезанный вариант ОС Windows 3.1). Однако данное уст­ройство имело очень высокую стоимость (около 1200 долл.), что не позволило ему конкурировать с Palm.

Позднее компания Microsoft разработала систему, которая по­лучила название Windows СЕ, при этом обеспечила ее совмести­мость с разными архитектурами, а не только с Intel x86. Это реше­ние позволило многим небольшим компаниям, изготовляющим процессоры с архитектурой Intel x86, а также тем компаниям, которые изготавливают RISC-процессоры, включиться в разра­ботку и выпуск КПК.

В настоящее время основными разработчиками процессоров для КПК являются компании MIPS Technologies и Advanced RISC Machines (ARM).

Производство разработанных процессоров осуществляют мно­гие фирмы, среди которых Sony, Toshiba, NEC.

Фирма Hitachi также проектирует и производит RISC-процес­соры для КПК. Технология Hitachi называется SuperH. 32-разряд­ный процессор SH4 используется в цветных карманных компью­терах Hewlett Packard Jornada 420 и 430se.

Advanced Micro Devices (AMD), как и Intel, не может пробить­ся на рынок КПК со своим х86-ориентированным процессором Elan.

Три основных участника рынка операционных систем для КПК — компании 3Com (с платформой Palm Computing), Microsoft (с платформой Windows СЕ) и Psion Computers с кар­манными компьютерами Psion Series (операционная система «ЕРОС32»).

В табл. 8.1 приведены характеристики некоторых КПК, пред­ставленных на российском рынке в начале 2002 г.

Для большинства КПК уже разработаны ГИС-приложения, а также имеются возможности подключения к ним приемников GPS, что позволяет создавать на базе КПК универсальные навигацион­ные системы и системы для полевой регистрации результатов съем­ки местности в отраслях, не требующих высокой точности опре-

² Окупов, кн. 2. 33

 

деления координат. Далее приведено краткое описание трех сис­тем для КПК: «Анкета» (АОЗТ СП «Геолинк»), ArcPad 6 (ESRI) ПалмГИС (Киберсо).

Согласно отчету, опубликованному eTForecasts, начиная с 1996 г темпы роста рынка КПК были очень высоки, и объем продаж достиг 10 млн единиц в 2000 г. В следующие годы произошло за­медление темпов роста рынка. Несмотря на это, по прогнозам аналитиков, к 2006 г. объем рынка КПК достигнет отметки в 50 млн единиц.

Среди используемых в КПК операционных систем в настоя­щее время лидирует Palm OS, однако у этой платформы сильные конкуренты — Pocket PC от Microsoft, Symbian от Ерос и Linux. Самым серьезным конкурентом Palm является Pocket PC, исполь­зование которой неуклонно растет.

Основные производители КПК в настоящее время — Palm, Casio (CASSIOPEA на базе ОС Windows CE), Toshiba (Genio на базе ОС Windows CE), Compaq Computer (КПК PocketGear).

В 2001 г. производители КПК активно заключали соглашения с системными интеграторами о сотрудничестве в области расшире­ния возможностей КПК. Главная причина желания производите­лей КПК сотрудничать с системными интеграторами заключается в стремлении продвинуть свою продукцию на развивающемся сей­час рынке производственных мобильных систем. По мнению пред­ставителей Toshiba, этот рынок более многообещающий, нежели пользовательский. Продажа КПК предприятиям будет требовать от производителей продвижения приложений для КПК и сервер­ных систем для обработки информации.

Объемы поставок КПК в 2002 г. увеличиваются на 30 % по сравнению с показателями 2001 г., в 2003 г. — еще на 44%, а рыночная доля устройств под управлением операционной систе­мы Microsoft впервые превысит долю устройств под управлением Palm OS. Ожидается также, что к 2003 г. доля устройств под управ­лением Linux увеличится до 10 %.

Портативные компьютеры впервые появились в 1985 г., когда фирма Toshiba выпустила лэптоп Т1000. Эта же фирма выпускает в 1987 г. первый компьютер данной серии с 386 процессором (Т5100), а в 1990 г. — лэптоп с цветным экраном (Т 5200 С), в 1994 г. появ­ляется ноутбук с процессором Intel Pentium, а годом позже ноут­буки, оснащенные встроенным приводом для чтения CD и жидко­кристаллическим монитором с отображением 16 млн цветов.

С 1996 г. благодаря усилиям фирмы IBM начинает развивать­ся направление мини-ноутбуков. Толщина компьютеров снача­ла становится менее 3 см, а затем 2 см, а масса уменьшается Д° 2 кг. При этом они остаются полноценными компьютерами, работающими под управлением обычных операционных систем (Windows 95 и выше).

Во всех странах мира в 2000 г. было продано более 25500000 ноутбуков, против почти 20 000 000, проданных в 1999 г. Следова­тельно, рынок ноутбуков растет быстрыми темпами.

- В шестерку лидеров этого сектора рынка входят три американ­ские и три японские корпорации: Toshiba, Compaq, IBM, Dell, NEC и Sony (в России — Rover Book).

Одной из основных причин увеличения популярности пор­тативной техники во всем мире является потребность совре­менной экономики в мобильности персонала, а также увели­чивающееся использование Интернета. Данная тенденция в совокупности с насыщенностью основных рынков настольны­ми системами привела к ситуации, когда рост продаж ноутбу­ков превышает рост продаж настольных ПК. По прогнозам спе­циалистов, через 5—7 лет нынешнее соотношение настольных и систем портативных — 80 и 20 % — изменится на противопо­ложное. Некоторые компании, в числе которых такие мощные, как Intel и Boeing, уже в 2002 г. заменили настольные компью­терные системы на мобильные для 80 % своего персонала, ис­пользующего ПК.

Общепринятым является деление портативных компьютеров на четыре основных класса: «Замена настольным ПК», «Все-в-одном», «Тонкие и легкие ноутбуки (субноутбуки)» и «Мини-ноутбуки».

Первый класс — «Замена настольным ПК». Для компьютеров этого класса характерно наличие всего, что есть у хорошего ПК. Они имеют быстрые процессоры с кэш-памятью первого и вто­рого уровня, большие экраны (до 15 дюймов), большие жесткие диски (40 — 60 Гб), большую оперативную память (128 — 512 Мб), множество отсеков для периферийных устройств (CD или DVD привод, модем, сетевая карта). Эти компьютеры оснащены пол­норазмерной клавиатурой и удобным устройством позициониро­вания, но допускают и подключение привычной мыши. Кроме того, они позволяют подключить хороший внешний монитор с разрешением до 1600x1200 при 64 млн цветов, в них встроена зву­ковая карта и колонки. Такие компьютеры имеют существенные возможности для подключения различных внешних устройств че­рез многочисленные порты (USB, последовательный, параллель­ный, инфракрасный, TV out порт и др.)

Эти компьютеры имеют значительные (для портативных уст­ройств) размеры (33 х 27 х 56 см) и массу около 4 кг.

Многие пользователи используют ноутбуки высокого класса вместо настольных ПК. И хотя размеры и масса этих машин вели­коваты для мобильных устройств, обеспечивающих связь из лю­бого места, они будут хорошим решением для специалистов, ко­торые работают в офисе и желают иметь одну машину с вычислительной мощностью настольного ПК, при необходимос­ти пригодную для транспортировки.

Второй класс — «Все-в-одном». Компьютеры этого класса име­ют несколько меньшие размеры и возможности, а следователь­но, и более скромную цену. У них довольно большие экраны (13—14 дюймов), относительно мощные процессоры (обычно Pentium 4 или Celeron около 2 ГГц), значительный объем опера­тивной памяти (128—256 Мб) и жестких дисков (40 — 60 Гб), CD- или DVD-ROM.

Масса и размер таких компьютеров остаются довольно боль­шими (масса более 3 кг, толщина около 40 мм). Можно сказать, что они имеют удачное сочетание функциональных характерис­тик, доступной цены, мобильности и производительности.

Третий класс — тонкие и легкие ноутбуки (субноутбуки). Лег­кие модели с малой толщиной корпуса предназначены специаль­но для часто выезжающих в командировки. Ноутбуки данного клас­са, как правило, имеют массу от 1,4 до 2,3 кг вместе с батареей и толщину всего от 25 до 38 мм. Но при наличии тонкого корпуса эти машины имеют очень хорошие характеристики. Они обычно оснащаются мощными процессорами и жесткими дисками боль­шой емкости, имеют многочисленные порты, встроенные моде­мы и иногда встроенные адаптеры Ethernet. Обычно для таких ма­шин жесткий диск — единственный встроенный накопитель, в то время как накопители гибких дисков, CD-ROM и DVD являются внешними устройствами.

Четвертый класс — мини-ноутбуки. Вотличие от КПК мини-ноутбуки работают с Windows и стандартными настольными про­граммами, а не с их облегченными версиями. Обычно они осна­щаются встроенным модемом, обеспечивающим удобную связь. Как и в предыдущем классе, единственным встроенным накопи­телем является жесткий диск. Несомненным их достоинством яв­ляются небольшая стоимость и габариты. Обычно масса таких ком­пьютеров не превышает 1,5 кг.

Машины этого класса достойны внимания пользователей, ко­торым для работы с текстами и электронной почтой нужен отно­сительно недорогой ПК массой менее 1,5 кг, умещающийся в портфеле.

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эво­люции мини-компьютеров при переходе на использование в эле­ментной базе больших и сверхбольших интегральных схем. ПК благодаря своей низкой стоимости очень быстро завоевали веду­щие позиции на компьютерном рынке. Расширение рынка созда­ло предпосылки для разработки новых программных средств, ори­ентированных на конечного пользователя. Для персональных компьютеров разработано огромное количество разнообразных про­грамм, в том числе имеющих отношение к обработке простран­ственной информации, среди которых ГИС-оболочки, програм­мы обработки геодезических измерений и данных дистанционного

зондирования, векторизаторы, системы для реализации ГИС в Интернет, модули-приложения для различных видов моделиро­вания и анализа и др.

5 августа 2001 г. исполнилось 20 лет с момента появления пер­вого персонального компьютера. В 1980 г. группа из 12 инженеров IBM была направлена в исследовательский центр при заводе ком­пании в штате Флорида и получила задание разработать персо­нальную машину в рамках проекта Chess. Через год был выпущен компьютер IBM 5150 PC. Он базировался на процессоре с такто­вой частотой 4,77 МГц, имел 16 Кб оперативной памяти и 5,25" флоппи-диск емкостью 160 Кб. Жесткого диска не было. Компью­тер работал цод управлением операционной системы Microsoft DOS. Стоимость новой ЭВМ была ^000 долл. За первые 5 лет толь­ко IBM поставила на рынок более 1 млн ПК.

В дальнейшем первоначально гибкий и односторонний диск увеличивался со скоростью 80 % в год и превратился в жесткий диск с наиболее распространенным в настоящее время объемом памяти 40 Гб (при наличии на рынке дисков емкостью до 160 Гб и более). Оперативная память увеличивалась более чем на 45 % в год: от 64 Кб до 128 — 256 Мб. Тактовая частота возросла от 4,77 МГц для первого ПК чипа 8088 до 2,2 ГГц для современных сис­тем, выпущенных в начале 2002 г.

В 2000 г. было выпущено 140 млн ПК. В середине 2001 г. в мире использовалось 500 млн ПК, а к началу 2002 г. года эта цифра достигла 640 млн.

Рабочие станции. Миникомпьютеры стали прародителями и другого направления развития современных систем — рабочих стан­ций. Создание RISC-процессоров и микросхем памяти емкостью более 1 Мбит способствовало появлению настольных систем вы­сокой производительности.

Первоначальная ориентация рабочих станций на профессиональ­ных пользователей (в отличие от ПК, которые были предназначе­ны для самого широкого круга потребителей-непрофессионалов) привела к тому, что рабочие станции — это хорошо сбалансиро­ванные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроиз­водительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными Устройствами ввода/вывода. Рабочие станции первоначально рабо­тали с операционными системами UNIX, которые обеспечивали надежную и устойчивую работу, разделение ресурсов и т.д. Это свойство характерно для рабочих станций среднего и высокого класса и сегодня. Тем не менее быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров, прежде всего фирм Intel и AMD, ^{в с}°четании с резким снижением цен на эти изделия и развитием технологии локальных шин, позволяющей устранить многие «уз-

кие места» в архитектуре ПК, делают современные персональные компьютеры весьма значимой альтернативой рабочим станциям. В свою очередь, производители рабочих станций создали изделия так называемого «начального уровня», которые по стоимостным ха­рактеристикам близки к высокопроизводительным ПК, но все еще сохраняют лидерство по производительности и возможностям на­ращивания. Следует отметить, что появилось понятие «персональ­ная рабочая станция», которое объединяет оба направления.

Сегодняшние PC-рабочие станции — это весьма производи­тельные персональные компьютеры на старших моделях Pentium, Pentium Pro или AMD с ОС Windows NT, OS/2 или Linux.

Таким образом, в настоящее время не следует противопоставлять рабочие станции на RISC-процессорах с UNIX и персональные ком­пьютеры на процессорах х86 под управлением Windows, поскольку, с одной стороны, появились Windows-NT станции, UNIX-станции и Linux-станции, а с другой стороны, при создании рабочих стан­ций в настоящее время используются как RISC-процессоры, так и процессоры х86. Более того, в последнее время многие компании, производившие рабочие станции на RISC-процессорах, переходят на процессоры х86, а выпуск RISC-процессоров сокращается.

Серверы — прикладные многопользовательские системы, вклю­чающие системы управления базами данных, крупные издатель­ские системы, сетевые приложения и системы обслуживания ком­муникаций, разработку комплексных проектов и обработку изображений все чаще реализуют в модели вычислений «клиент-сервер». В распределенной модели «клиент — сервер» часть работы выполняет сервер, а часть — пользовательский компьютер. 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).

Существует классификация серверов, определяемая масшта­бом сети, в которой они используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). Эта классификация весьма условна. В зависимости от чис­ла пользователей и характера решаемых ими задач требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, к его надежности и производительности сильно варьируются.

Файловые серверы небольших рабочих групп (не более 20 — 30 человек) проще всего реализуются на платформе персональных ком­пьютеров. Файл-сервер в данном случае выполняет роль центрально­го хранилища данных. Современные суперсерверы характеризуются:

• наличием двух или более центральных процессоров RISC, Pentium либо AMD;

• многоуровневой шинной архитектурой, в которой высоко­
  скоростная системная шина связывает между собой несколько
  процессоров и оперативную память, а также множество стандар­
  тных шин ввода/вывода, размещенных в том же корпусе;
• поддержкой технологии дисковых массивов RAID;
• поддержкой режима симметричной многопроцессорной об­
  работки, которая позволяет распределять задания по нескольким
  центральным процессорам, или режима асимметричной много­
  процессорной обработки, допускающей выделение процессоров
  для выполнения конкретных задач;
• возможностью горячей замены отдельных элементов: блоков
  питания, жестких дисков, модулей оперативной памяти.

Как правило, суперсерверы работают под управлением опера­ционных систем UNIX, а в последнее время Windows NT или Linux, которые обеспечивают многопроцессорную и многозадач­ную обработку.

Наибольшее распространение в области геоинформатики в на­стоящее время имеют персональные компьютеры.

Устройство персонального компьютера. Что же представляет собой современный персональный компьютер? В настоящее вре­мя это системный блок, клавиатура, монитор, манипулятор типа мышь и различные периферийные устройства, которые подсое­диняются к компьютеру для расширения его возможностей в ос­новном по вводу и выводу различной информации. Базовые тех­нические средства ПК в целом определяются основными структурными компонентами: материнской, или системной, пла­той, процессором, оперативной памятью, видеосистемой, сис­темным интерфейсом.

Системные блоки.Системный блок ПК содержит:

• материнскую (системную) плату, через разъемы которой со­
  единяются в единое целое все части ПК;
• центральный микропроцессор — основное вычислительное
  устройство любого персонального компьютера, ответственное за
  процессы управления и вычисления, которые компьютер выпол­
  няет как система;
• оперативную память (ОП), в которой располагаются програм-
  ^мы, выполняемые компьютером (в момент их работы), и исполь­
  зуемые данные. От размеров ОП существенно зависит скорость
  Работы ПК;
• электронные схемы (контроллеры), управляющие работой
  Различных устройств, входящих в компьютер (монитора, накопи­
  телей на магнитных и оптических дисках и т.п.);
• порты ввода-вывода, через которые ПК обменивается данными
  ^{с в}нешними устройствами (принтеры, плоттеры, сканеры и т.п.);
• блок питания, который обеспечивает нужным уровнем элек­
  тропитания отдельные блоки компьютера.

Материнские (системные) платы.Практически все устройства современного компьютера подключаются к системной плате. Ис­ключения составляют обычно лишь монитор, который соединяет­ся с видеоадаптером, и SCSI-устройства со своими контроллерами. Следует отметить, что, во-первых, видеоадаптер, SCSI-адаптер подключаются опять-таки к системной плате, а во-вторых, любое из этих устройств может быть встроено в системную плату так же, как интерфейс дисковых накопителей (несколько лет назад и он представлял собой отдельное устройство).

Системная плата является своеобразным мостиком между двумя устройствами, составляющими основу ПК: процессором и опера­тивной памятью. Системная плата управляет регенерацией памяти, задает режимы функционирования центрального процессора, фор­мирует необходимые для их работы напряжения и частоты.

Большая часть устройств системной платы помещена в одну или несколько больших микросхем, называемых набором микро­схем (или чипсетом), который в значительной степени и опреде­ляет характеристики системной платы. От него во многом зависят как скорость работы ПК, так и его возможности.

Название «набор микросхем» появилось во времена первых IBM PC, XT и их клонов. Тогда это был действительно набор, причем состоящий из большого числа отдельных микросхем. Было время, когда использовалось чуть ли не полсотни таких микросхем. Затем за счет все большей интеграции электронных компонентов их число значительно сократилось. Первым компьютерам на базе процес­сора i486 и его аналогов требовалось до семи микросхем набора. Первым PC на базе Pentium и Pentium Pro необходимо было всего три микросхемы. Стоит отметить, что эти три микросхемы выпол­няли больше функций, чем несколько десятков в первых ПК. Сле­дует вспомнить, что контроллеры дисководов и портов ввода в первых PC размещались на платах расширения.

Казалось, что от трех микросхем будет осуществлен переход к одной, однако этого не произошло. Последние чипсеты для i486 состояли из двух микросхем, подавляющее большинство чипсе­тов для Pentium тоже состоят из двух. Оказалось, что двухчиповая конструкция более удобна для производителей. На одну микро­схему (North Bridge) при э