НН Трушин Информатика (стр. 4 из 37)

Со второй половины 80-х годов ХХ века начинается эпоха ЭВМ пятого поколения. Они характеризуются наличием параллельных вычислительных структур и элементов искусственного интеллекта. Эти машины умеют не только производить числовые расчеты, но и выполнять функции обработки смысловой информации и операции логического анализа. Сфера применения ЭВМ еще более расширяется, а программы для них разрабатываются с привлечением методов искусственного интеллекта. Элементная база ЭВМ пятого поколения – сверхбольшие интегральные микросхемы (СБИС), содержащие более миллиона полупроводниковых элементов, и устройства оптоэлектроники. Современные ЭВМ все шире объединяются в локальные и глобальные информационно-вычислительные сети, воплощая тем самым принципы распределенной обработки информации. Производительность современных ЭВМ повышается в основном двумя путями: совершенствованием элементной базы и разработки методов параллельной обработки информации.

1.4. Классификация ЭВМ

В зависимости от вида перерабатываемой информации вычислительные машины делят на два больших класса: аналоговые и цифровые.

Аналоговая вычислительная машина (АВМ) оперирует информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. АВМ предназначены для моделирования физических процессов и решения узкого класса задач, которые могут быть описаны дифференциальными уравнениями. Первая АВМ была изобретена в 1927 году в Массачусетском технологическом институте (США).

Главный недостаток АВМ в том, что они не являются универсальными, так как для каждого класса математических задач требуется отдельная специальная вычислительная машина.

Цифровая вычислительная машина (ЦВМ) оперирует информацией, представленной в дискретном виде. В математике разработаны методы численного решения многих видов задач, что дает возможность решать на ЦВМ различные задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. Поэтому ЦВМ оказались более перспективными, так как любая ЦВМ является универсальным вычислительным средством. Наибольшее распространение получили электронные ЦВМ, к которым относятся все современные ЭВМ.

ЭВМ классифицируются по различным признакам. Традиционно ЭВМ классифицируются по габаритным показателям (рис 1.1).

Рис. 1.1 Схема классификации ЭВМ

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до СБИС. В настоящее время применяются большие ЭВМ четвертого и пятого поколений. Эти ЭВМ, иначе называемые мэйнфреймами (mainframe), используются для решения трудоемких задач и в качестве серверов крупных неоднородных сетей ЭВМ. Конструктивно они выполнены в виде нескольких стоек, включая периферийные устройства. Для установки этих машин требуется достаточно большое помещение, оборудованное кондиционером воздуха. Обслуживание таких машин трудоемко. Их производительность – сотни тысяч и десятки миллионов операций в секунду. К большим ЭВМ относятся машины семейства System 360/370 фирмы IBM, советские БЭСМ-6, ЕС ЭВМ и другие машины первого, второго и третьего поколений. Современный представитель больших ЭВМ – компьютеры семейства System 390 фирмы IBM.

Однако для некоторых приложений производительность больших ЭВМ оказывается недостаточной. Это обстоятельство привело к созданию суперЭВМ. Они имеют большие габариты, требуют для своего размещения специальных помещений, принудительного охлаждения и весьма сложны в обслуживании. Их производительность – более миллиарда операций в секунду. В архитектурах суперЭВМ имеются принципиальные отличия от классической модели ЭВМ фон Неймана. Несмотря на большую стоимость суперЭВМ, эти компьютеры являются стратегическим товаром, и потребность в них постоянно растет. СуперЭВМ используются для решения особенно сложных научнотехнических задач, задач обработки больших объемов информации в реальном масштабе времени, поиска оптимальных решений в задачах планирования, автоматического проектирования сложных объектов. Наиболее известными среди зарубежных суперЭВМ являются компьютеры семейств Cray и Cyber американских фирм Cray Research и CDC. Так, например, суперЭВМ Cray-3 имела производительность 16 млрд операций в секунду. Отечественная суперЭВМ – это мультипроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус" (главный конструктор Б. А. Бабаян) с суммарным быстродействием более 1 млрд операций в секунду. Почти все современные суперЭВМ выпускаются в США и Японии, самые мощные из них уже имеют производительность более одного триллиона операций в секунду.

Появление мини-ЭВМ на рубеже 60-х – 70-х годов было обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для решения многих прикладных задач. К малым, или средним, ЭВМ часто относят машины, которые являются менее мощными по сравнению с мэйнфреймами и вместе с тем более мощными, чем микроЭВМ и ПЭВМ. Малые ЭВМ используются как для управления технологическими процессами, так и для обслуживания нескольких пользователей. Они конструктивно выполнены в виде одной или нескольких малогабаритных стоек (без учета периферийных устройств) и имеют более низкие по сравнению с большими ЭВМ быстродействие и стоимость. ЭВМ этого класса не требуют специально оборудованных помещений. Наиболее популярными мини-ЭВМ были машины семейств PDP-11 и VAX-11 фирмы DEC (США), а также их отечественные аналоги СМ-1420 и СМ-1700 Системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ). Производительность наиболее мощных современных мини-ЭВМ сопоставима с производительностью больших ЭВМ; к ним относятся, например, машины семейства AS/400 фирмы IBM.

В середине 70-х годов появляется еще один класс ЭВМ – микроЭВМ. Один из основных отличительных признаков микроЭВМ – наличие микропроцессора. Появление высокопроизводительных микропроцессоров Pentium Pro и Xeon (Intel), PowerPC (IBM-Motorola-Apple), Alpha (DEC), SPARC (Sun Microsystems), PA-RISC (Hewlett-Packard), R10000 (MIPS), Athlon и Thunderbird (AMD) позволило создать модели микроЭВМ с очень высокими параметрами производительности. Представителями таких мощных компьютеров являются, например, рабочие станции и сетевые серверы фирм Sun Microsystems и Silicon Graphics.

Области применения микроЭВМ чрезвычайно многообразны и широки. Среди микроЭВМ можно выделить четыре вида: многопользовательские, автоматизированные рабочие места (АРМ), встроенные и персональные.

Многопользовательские микроЭВМ оборудованы несколькими видеотерминалами и предназначены для одновременного обслуживания нескольких пользователей. Они выполняются в виде одной малогабаритной стойки либо в настольном варианте.

АРМ, или рабочая станция, представляет собой ЭВМ, оборудованную техническими и программными устройствами, необходимыми для выполнения работ определенного типа. Существуют как настольные АРМ, так и АРМ, выполненные в виде малогабаритной стойки.

Встроенные микроЭВМ, к которым относятся и промышленные компьютеры, представляют собой вычислители, используемые для управления техническими объектами, технологическими процессами и для обработки результатов измерений. Конструктивно они выполняются в виде одной или нескольких плат, обеспечивают узкий набор вычислительных функций и функций взаимодействия с пользователем. К встроенным микроЭВМ относятся и однокристальные микроЭВМ, предназначенные для решения простых задач управления техническими объектами. Такая микроЭВМ содержит в одном корпусе микросхемы центральный процессор, оперативную память, постоянную память для программ, схемы управления вводом-выводом данных и другие вспомогательные устройства. МикроЭВМ, установленные на подвижном техническом объекте, называются бортовыми.

Персональная микроЭВМ – это универсальная однопользовательская вычислительная машина. Современные микроЭВМ чаще всего представлены в виде персональных ЭВМ.

Но наиболее массовый и дешевый тип персональной микроЭВМ – это микрокалькуляторы. Первый электронный калькулятор был создан в США в 1963 году. Он был собран на дискретных транзисторах и имел размеры кассового аппарата. Четыре года спустя фирма Texas Instruments (США) выпустила первый калькулятор на интегральных микросхемах. Серийное производство отечественных микрокалькуляторов семейства "Электроника" началось в 1974 году. Существует три основных разновидности микрокалькуляторов:

- простые микрокалькуляторы, предназначенные для выполнения четырех основных арифметических действий;

- инженерные микрокалькуляторы, выполняющие обычные

арифметические операции и вычисление некоторых математических функций;

- программируемые микрокалькуляторы, которые обладают всеми возможностями простых и инженерных вычислителей и могут в автоматическом режиме выполнять последовательность заранее введенных команд. Самые совершенные программируемые микрокалькуляторы позволяют составлять программы на языке программирования высокого уровня, например на Бейсике.

1.5. Общее устройство ЭВМ

Современная ЭВМ – это сложная техническая система, состоящая из совокупности механических, электронных и электротехнических устройств. Любая ЭВМ с архитектурой фон Неймана имеет в своем составе, как правило, следующие составные части (рис. 1.2):

– центральный процессор (ЦП), включающий в себя регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления;

– устройства памяти;

– устройства ввода информации; – устройства вывода информации.

Эти части соединяются в единое целое каналами связи, по которым передаются информация и управляющие сигналы. Стрелками на схеме показаны пути и направления движения информации.