![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Основные классы вычислительных машинЭлектронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. Вычислительные машины могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: 1. по принципу действия; 2. по этапам создания и элементной базе; 3. по назначению; 4. по размеру вычислительной мощности; 5. по функциональным возможностям и т. д. По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 2.4): аналоговые, цифровые и гибридные. Рис. 2.4. Классификация вычислительных машин по принципу действия Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 2.5). Рис. 2.5. Две формы представления информации в машинах □ ЦВМ — цифровые вычислительные машины, или вычислительные машины дискретного действия — работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. □ АВМ — аналоговые вычислительные машины, или вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). □ ГВМ — гибридные вычислительные машины, или вычислительные машины комбинированного действия — работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. АВМ весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения их на этих машинах, как правило, не трудоемкое. Скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность до 2-5%). На АВМ эффективно решаются математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения и не требующие сложной логики. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. В экономике (да и в науке и технике) получили подавляюще широкое распространение ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации — электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере. По этапам создания и элементной базе компьютеры условно делятся на поколения: □ 1-е поколение, 50-е годы: ЭВМ на электронных вакуумных лампах. □ 2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах). □ 3-е поколение, 70-е годы: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни—тысячи транзисторов в одном корпусе). Интегральная схема — электронная схема специального назначения, выполненная в виде полупроводникового кристалла, объединяющего большое число активных элементов (диодов и транзисторов). □ 4-е поколение, 80-90-е годы: компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах, основная из которых — микропроцессор (десятки тысяч — миллионы активных элементов на одном кристалле). Большие интегральные схемы столь плотно упаковывают активные элементы, что все электронное оборудование компьютера 1-го поколения (монстра, занимавшего зал площадью 100-150 м2) размещается сейчас в одном микропроцессоре площадью 1,5-2 см2. Расстояния между активными элементами в сверхбольшой интегральной схеме составляют 0,11-0,15 микрона (для сравнения, толщина человеческого волоса равна нескольким десяткам микронов). □ 5-е поколение, настоящее время: компьютеры с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы. □ 6-е и последующие поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом и нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем. Каждое следующее поколение компьютеров имеет по сравнению с ему предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность компьютеров и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше, чем на порядок. По назначению компьютеры можно разделить на три группы (рис. 2.6): универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные. Рис. 2.6.Классификация компьютеров по назначению Универсальные компьютерыпредназначены для решения самых различных инженерно-технических, экономических, математических, информационных и т. д. задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко применяются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах. Характерными чертами универсальных компьютеров являются: □ высокая производительность; □ разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления; □ обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных; □ большая емкость оперативной памяти; □ развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств. Проблемно-ориентированные компьютерыпредназначены для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, с регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных, с выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными компьютерами аппаратными и программными ресурсами. Специализированные компьютерыпредназначены для решения определенного узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация компьютеров позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным компьютерам можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения, адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами, устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем. По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить (рис. 2.7) на сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ), большие, малые и сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ). Рис. 2.7.Классификация компьютеров по размерам и вычислительной мощности
Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как: □ типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой (тип внутримашинного интерфейса); □ способность компьютера одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять параллельно несколько программ (многозадачность); □ типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине; □ наличие и функциональные возможности программного обеспечения; □ способность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров (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, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики. Некоторые сравнительные параметры классов современных компьютеров показаны в табл. 2.2. Таблица 2.2. Сравнительные параметры классов современных компьютеров
MIPS — миллион операций в секунду над числами с фиксированной запятой Исторически первыми появились большие ЭВМ,элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Первая большая ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 году. Эта машина весила более 30 тонн, имела быстродействие 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 оборонными комплексами, биологических исследований, моделирования экологических систем и др.). Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперкомпьютеров,самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся 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 приложений. Малые компьютеры используются чаще всего для управления технологическими 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 микрокомпьютеров. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах компьютеров. Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов компьютеров
|