ГЛАВА 4 Основные классы современных ЭВМ

Электронная 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:

- по принципу действия;

- этапам создания и элементной базе;

- назначению;

- способу организации вычислительного процесса;

- размеру и вычислительной мощности;

- функциональным возможностям;

- способности к параллельному выполнению программ и т. д.

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 3): аналоговые, цифровые и гибридные.

Рисунок 3 – Классификация вычислительных машин по принципу действия

 

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 4):

1. ЦВМ (цифровые вычислительные машины), или вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

2. АВМ (аналоговые вычислительные машины), или вычислительные машины не прерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

3. 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. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстро действующими техническими комплексами.

Рисунок 4 – Две формы представления информации в вычислительных машинах

 

В экономике (да и в науке и технике) наиболее широкое применение получили 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);

- 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).

- 5-е поколение, настоящее время: компьютеры со 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.

По назначению компьютеры можно разделить на три группы (рис. 5):

1) универсальные (общего назначения);

2) проблемно-ориентированные;

3) специализированные.

Рисунок 5 – Классификация компьютеров по назначению

Универсальные компьютеры предназначены для решения самых различных инженерно-технических, экономических, математических, информационных и им подобных задач.

Характерными чертами универсальных компьютеров являются:

- высокая производительность;

- разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичные, десятичные, символьные – 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 компьютеры предназначены для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами и процессами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам. Они обладают ограниченными, по сравнению с универсальными компьютерами, аппаратными и программными ресурсами.

Специализированные компьютеры предназначены 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 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.

Но размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить на следующие классы (рис. 6):

1) сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ);

2) большие;

3) малые;

4) сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ).

Рисунок 6 –Классификация компьютеров по размерам и вычислительной мощности

Функциональные возможности компьютеров обусловлены следующими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками:

- быстродействие (измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени);

- разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует компьютер;

- номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

- номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

- типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой (типы используемых внутримашинных интерфейсов);

- 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 вычислительным сетям;

- эксплуатационная надежность компьютера;

- коэффициент полезного использования компьютера во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.