1.3.2. Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам

По функциональным возможностям и размерам ЭВМ можно разделить (рис. 1.3) на супер-ЭВМ, большие, малые и микро-ЭВМ.

Рис. 1.3. Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам

Функциональные возможности ЭВМ обуславливаются основными тех­нико-эксплуатационными характеристиками.

Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ приведены в табл. 1.4.

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база кото­рых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысо­кой степенью интеграции.

Таблица 1.4 Сравнительные параметры различных классов ЭВМ

Параметр Супер-ЭВМ Большие ЭВМ Малые ЭВМ Микро­ЭВМ
Производи­тельность, MIPS 1000—100000 10-1000 1 100 1-100
Емкость ОП, Мбайт 2000—10000 64—10000 4-512 4-256
Емкость ВЗУ, Гбайт 500—5000 50—1000 2—100 0,5—10
Разрядность, бит 64—128 32—64 16-64 8—64

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами

(Mainframe). Они поддерживают многопользовательский режим работы (об­служивают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов — это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с па­кетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управ­ление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление — использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей - часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Родоначальником больших ЭВМ является фирма IBM. По её стандартам (IBM 360, 370, 380, 390) в последние несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира. В нашей стране было создано семейство больших машин ЕС ЭВМ.

Среди лучших современных разработок мэйнфреймов за рубежом сле­дует в первую очередь отметить: IBM ES/9000 (созданные в 1990 г.), IBM S/390 (созданные в 1997 г.), а также японские компьютеры Ml 800 фирмы

Fujitsu.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуа­тации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. В многопользовательском режиме поддер­живаются 16 - 512 пользователей. 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 мини-ЭВМ можно отнести: специфическую архитектуру с большой модульностью; лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение произ­водительность / стоимость; повышенную точность вычислений.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов ши­рокая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками межпро­цессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.

Кроме этого, мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в мно­гопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизирован­ного проектирования, в системах моделирования и искусственного интеллек­та.

Родоначальником мини-ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 фир­мы DEC (Digital Equipment Corporation) США. Они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ - Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ1, 2,3,4,1400,1700 и др.

В настоящее время семейство мини-ЭВМ включает большое число мо­делей от VAX-11 до VAX 8000, супермкни - ЭВМ класса VAX 9000 и др. Мо­дели VAX полностью перекрывают весь диапазон характеристик этого класса "компьютеров, а супермини-ЭВМ стирают грань с мэйнфреймами.

Супер-ЭВМ — мощные, высокоскоростные вычислительные машины (системы) с производительностью от сотен миллионов до триллионов опера­ций с плавающей запятой в секунду. Супер-ЭВМ выгодно отличаются от больших универсальных ЭВМ по быстродействию числовой обработки, а от специализированных машин, обладающих высоким быстродействием в сугу­бо ограниченных областях, возможностью решения широкого класса задач с числовыми расчетами.

При производительности порядка нескольких GFLOPS можно еще обой­тись одним векторно-конвейерным процессором (однопроцессорные супер­ЭВМ). Создание высокопроизводительной супер-ЭВМ с TFLOPS-ным быст­родействием по современной технологии на одном процессоре не представ­ляется возможным. Это связано с ограничением, обусловленным конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/сек), так как время распространения сигнала на расстояние нескольких миллиметров (линейный размер стороны микропроцессора) при быстродей­ствии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому супер-ЭВМ с такой производительностью создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч супер-ЭВМ, начиная от простых офисных до мощных: Gray Y-MP C90 (фирмы Gray Research), Cyber 205 (фирмы Control Data), VP 2000 (фирмы Fujitsu), VPP500 (фирмы Siemens) и др., производительностью несколько десятков GFLOPS.

Самый мощный компьютер мира был проанонсирован в 1998 г. Это мас­сивно-параллельный компьютер ASCI Blue (другое название - Blue Pacific) создан совместно корпорацией IBM и Ливерморской Национальной Лабора­торией Департамента Энергетики США на основе распространенной архи­тектуры RISC процессора IBM RS/6000 SP2.

Система ASCI Blue построена на базе 4-процеСсорных High-узлов с ар­хитектурой SMP. Система состоит из 1464 таких узлов или, в общей сложно­сти, из 5856 процессоров, обеспечивая пиковую производительность в 3,88 Тфлопс. Общая сумма контракта на поставку системы Составляет 94 млн. дол.

ASCI Blue побьет современный «барьер скорости вычислений», выпол­няя 3,9 трлн. операций в секунду, т.е. примерно в 15 тысяч раз больше, чем типичный настольный компьютер. Суммарный объем оперативной памяти составляет 2,6 Тбайт, что примерно в 80 тысяч раз больше, чем у современ­ных ПК.

Микро-ЭВМ по назначению можно разделить на универсальные и спе­циализированные (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Классификация микро-ЭВМ

Универсальные многопользовательские ЭВМ - это мощные микро ЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям. Это универсальные серверы (Server) ком­пьютерных сетей, обрабатывающие запросы от всех станций сети.

Персональные компьютеры (ПК) — однопользовательские микро­ЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

Специализированные ЭВМ ориентированы на решение определенного (постоянного) класса задач в течение периода своей эксплуатации. Ориента­ция специализированных ЭВМ осуществляется различными способами: спе­циальной аппаратурной организацией самих ЭВМ или их внешних связей;

созданием для ЭВМ специального программного обеспечения; введением дополнительных аппаратных блоков,. расширяющих те или иные функции, возлагаемые на ЭВМ, и др. Сферы использования таких ЭВМ как в нашей стране, так и за рубежом имеют устойчивую тенденцию к расширению. Можно выделить следующие основные области применения специализиро­ванных ЭВМ: промышленное производство и транспорт; военная техника и оборона; непромышленная сфера.

Примером специализированных однопользовательских микро-ЭВМ, ориентированных для выполнения определенного круга задач (графических, инженерных, издательских и др.), являются рабочие станции (Work Station).'

Специализированные серверы, осуществляющие управление базами и архивами данных, многопользовательскими терминалами, поддерживающи­ми факсимильную связь, электронную почту и др., относятся к классу спе­циализированных многопользовательских микро-ЭВМ.

Встраиваемые микро-ЭВМ входят составным элементом в промыш­ленные и транспортные системы, технические устройства и аппараты, быто­вые приборы. Они способствуют существенному повышению их эффектив­ности функционирования, улучшению технико-экономических и эксплуата­ционных характеристик.

Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедос­тупности и универсальности применения должен иметь следующие характе­ристики:

- малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индиви­дуального покупателя;

- автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

- гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнооб­разным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

- «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения для пользователя;

высокую надежность работы (более 5000 ч. наработки на отказ).

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуется ПК архитек­турного направления (платформы) IBM с микропроцессорами фирмы Intel. Данное направление имеет большое количество клонов, т.е. аналогичных компьютеров, выпускаемых различными фирмами США, Западной Европы, России, Японии и др.

Существенно им уступают по популярности ПК направления DEC с микропроцессорами фирмы Motorola, занимающие 2-е место.

В начале 90-х годов мировой парк компьютеров составлял примерно 150 млн.шт., из них около 90 % — это персональные компьютеры. В их числе бо­лее 100 млн.шт. (около 75 % всех ПК) типа IBM PC, типа DEC около 5 млн.шт.

Классификация ПК по конструктивным особенностям показана на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Классификация персональных компьютеров по конструктивным особенностям

Переносные компьютеры — быстроразвивающийся подкласс персо­нальных компьютеров. По прогнозам специалистов в 2000 г. около 80 % пользователей будут использовать именно переносные машины.

Переносные компьютеры весьма разнообразны:

- мощные переносные компьютеры (рабочие станции) массой до 15 «от., носят жаргонное название Nomadic - кочевник;

- портативные (наколенные) компьютеры типа «LapTop» массой 5-Ююг;

- компьютеры-блокноты (Note Book и Sub Note Book, их называют так­же и Omni Book - «вездесущие») массой 1,5-4 кг;

- карманные компьютеры (Palm Top - «наладонные») имеют массу до 300 г;

- электронные секретари (PDA - Personal Digital Assistent, иногда их на­зывают Hand Help - ручной помощник) массой не более 0,5 кг, но с более широкими возможностями, чем у Palm Top.

Серверы — многопользовательские ЭВМ, используемые в компьютер­ных сетях. Эту интенсивно развивающуюся группу компьютеров обычно от­носят к микро-ЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а супер серверы при­ближаются к супер-ЭВМ.

Универсальный сервер — это компьютер, выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощно­стям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и рас­пределяющий эти ресурсы.

Специализированные серверы используются для устранения наиболее «узких» мест в работе сети: создание и управление базами и архивами дан­ных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтером, плоттером и Про­файл-сервер используется для работы с файлами данных, имеет объем­ные дисковые ЗУ, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID.

Архивационный сервер (сервер резервного копирования) предназначен для резервного копирования информации, использует накопители на магнит­ной ленте (стриммеры) со сменными картриджами.

Факс-сервер, почтовый сервер - выделенные компьютеры для организа­ции эффективной многоадресной факсимильной связи или электронной поч­ты.

Рабочая станция (Work station), по определению экспертов IDC " (International Data Corporation), - это однопользовательская система с мощ­ным процессором и многозадачной ОС, имеющая развитую графику с высо­ким разрешением, большую дисковую и оперативную память и встроенные сетевые средства.

Рабочие станции (WS) появились на рынке ЭВМ почти одновременно с ПК и находились впереди по своим вычислительным возможностям. Это в значительной мере и определяло их область применения и проблемную ори­ентацию за последние 10 лет: автоматизированное проектирование, банков­ское дело, управление производством, разведка и добыча нефти, связь, изда­тельская деятельность и др. Стоимость таких рабочих станций на много пре­вышала стоимость ПК.

Переломным моментом в развитии WS стало появление новой архитек­туры микропроцессоров - RISC, позволившей резко поднять производитель­ность ЭВМ. Прогресс технологии привел к тому, что цены на WS упали до уровня ПК, а порой даже ниже. Выяснилось, что работать за новыми WS проще, чем за персональными компьютерами (десятилетия упорного труда инженеров и программистов не прошли даром). Современная рабочая стан­ция - это не просто большая вычислительная мощность. Это тщательно сба­лансированные возможности всех подсистем машины, чтобы ни одна из них не стала «бутылочным горлышком», сводя на нет преимущества других. Ра­бочая станция стала местом для эффективной, плодотворной работы поль­зователя.

Бесспорным лидером на мировом рынке рабочих станций является аме­риканская фирма Sun Microsystems, она контролирует 40 % этого рынка (Н.Р. - 20 %, IBM - 7 %, DEC - 11 %). Архитектура SPARC, разработанная фирмой Sun и использующаяся в её машинах, стала фактически стандартом де-факто. Компьютеры этой архитектуры составляют более 75 % среди всех RISC-машин. Уже несколько десятков фирм в Америке, Европе, Японии про­изводят SPARC-совместимые машины.

Традиционно доминирующей ОС на рынке WS была система Unix и ей подобные системы (Solaris и др.). В частности в 1991 г. 92,6 % рабочих стан­ций продавалось именно с этой ОС. В последнее время появились два факто­ра, которые могут поколебать положение Unix на рынке WS. С появлением новых WS фирмы DEC на базе процессоров Alpha ожидается некоторый рост использования операционной системы VAX VMS.

Однако главным конкурентом является ОС Windows NT. Фирма HP в 1997 г. представила новую серию недорогих высокопроизводительных рабо­чих станций Kayak, построенных на основе процессора Pentium II корпора­ции Intel и работающих под управлением ОС Windows NT. Корпорация Intel проявляет повышенный интерес к этому типу платформ, направляет усилия на разработку комплектов микросхем, памяти, графики и других продуктов VAX VMS.

Такое развитие событий не сулит ничего хорошего рабочим станциям Unix-стандарта, которые уступают рынок NT-системам пядь за пядью на про­тяжении вот уже более пяти лет.