Классификация универсальных ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

1. Супер ЭВМ.

2. Большие ЭВМ.

3. Малые ЭВМ.

4. Микро ЭВМ.

Функциональные возможности ЭВМ обуславливаются их важнейшими технико-экономическими характеристиками:

q Быстродействие, т. е. количество операций, выполняемых в единицу времени.

Быстродействие измеряется двумя единицами:

Flops (Флопс) — это число операций в секунду для чисел с плавающей точкой (числа с дробями);

Ips (Ипс) — это число операций с фиксированной точкой (целые числа).

Flops является более жесткой оценкой быстродействия, т. е. для одной и той же ЭВМ флопсов будет всегда меньше, чем Ips.

Единица Flops используется для ЭВМ, изначально предназначенных для сложных вычислений, т. е. где много операций с дробными числами.

Единица Ips используется для ЭВМ, предназначенных, например, для работы с базами данными, и в качестве серверов.

Для персональных ЭВМ часто используется частота тактового генератора. Эта характеристика действительно отражает быстродействие однопроцессорных ЭВМ с одной и той же структурой процессора (одна и та же структура машинных команд процессора). Эта характеристика не является оценкой быстродействия для многопроцессорных ЭВМ и ЭВМ с разной структурой машинных команд (например, для IBM и Macintosh).

q Разрядность процессора. Для персональных ЭВМ серии IBM — это 64 разряда.

Там, где нужны очень точные расчеты и для реализации задач вычислительной математики используют ЭВМ с очень большой разрядностью. Самая большая разрядность — это 64 точных десятичных цифры (примерно 64 * 4 = 256 двоичных разряда).

q Емкость и быстродействие оперативной памяти. Есть ЭВМ с десятками Гбайт

оперативной памяти.

q Технико-экономические характеристики внешних запоминающих устройств

и, прежде всего, винчестера. В настоящее время быстродействие винчестеров приближается к оперативной памяти. Эта характеристика очень важна, так как винчестер используется для «подкачки» программ, не помещающихся в оперативной памяти компьютера.

q Пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между

собой (внутри машинный интерфейс). Для увеличения пропускной способности, например, у кластерных ЭВМ, используется оптоволоконные кабельные линии.

q Способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ.

q Технико-эксплуатационные характеристики операционных систем.

q Функциональные возможности программного обеспечения.

q Программная совместимость с другими ЭВМ.

q Система и структура машинных команд, т. е. ассемблера.

q Возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети.

q Эксплуатационная надежность ЭВМ. Эта характеристика умышленно поставлена на последнее место (хотя она самая главная), потому, что сравниваемые ЭВМ все имеют высокую надежность.

Сравнительные характеристики классов современных ЭВМ приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Параметр	Супер ЭВМ	Большие ЭВМ	Малые ЭВМ	Микро ЭВМ
Производительность Mips	До 10000000
Емкость ОЗУ Мбайт	До 10000
Емкость ВЗУ Гбайт	До 10000
Разрядность Бит	До 256

 

СуперЭВМ

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные ЭВМ с очень высоким быстродействием.

Одна из первых суперЭВМ — это Cray, имеет быстродействие 1000000 MFlops. Для сравнения персональная ЭВМ серии IBM не дотягивает по быстродействию до 2000 MFlops.

Такое высокое быстродействие достигается только за счет многопроцессорности.

Высокопараллельные ЭВМ имеют несколько разновидностей.

q Векторные: у них все процессоры одновременно выполняют одну и туже команду над различными данными (однократный поток команд и многократный поток данных). Например, для матричного сложения:

 

векторная ЭВМ будет задействовать 4 процессора (для каждого элемента матрицы) и выполнит сложение в 4 раза быстрее однопроцессорной ЭВМ.

q Конвейерные: это ЭВМ с многократным потоком команд и однократным потокам данных.

Такая ЭВМ выполняет и функции векторной ЭВМ, но для приведенного выше примера (т. е. со спецификой векторной ЭВМ) быстродействие будет ниже, чем у векторной ЭВМ. Конвейерные ЭВМ могут частично сами распараллеливать алгоритмы, но для достижения наибольшего быстродействия нужно применять распараллеленные алгоритмы.

Создать распараллеленный алгоритм является очень непростой задачей, так как человек привык думать как однопроцессорная ЭВМ. Для ввода в ЭВМ параллельных алгоритмов используются специальные языки программирования, например, АДА.

q Матричные (векторно-конвейерные): это ЭВМ с многократным потоком команд (как у конвейерных ЭВМ) и многократным потоком данных (как у векторных ЭВМ).

В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры:

q векторная ЭВМ: Cray — самая известная из всех суперЭВМ;

q конвейерная ЭВМ: Эльбрус З — самая известная суперЭВМ российской разработки; за архитектуру этой ЭВМ академик Лебедев получил престижную премию международной ассоциации производителей ЭВМ;

q матричная ЭВМ: BSP фирмы Burroughs.

Наибольшую эффективность показали векторные ЭВМ фирм Cray, Fujitsu, Hitachi.

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ (в штуках).

В настоящее время быстродействие суперЭВМ достигло значения 500 ТFlops.

Список 10 самых быстродействующих суперЭВМ в мире приведен в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Большинство из этих суперЭВМ не соответствуют приведенной классификации и чаще всего относятся к кластерным ЭВМ, которые будут рассмотрены в компьютерных сетях.

Большие ЭВМ

За рубежом их чаще всего называют мэйнфреймами.

По быстродействию они уступают суперЭВМ, но в отличие от суперЭВМ мэйнфреймы имеют большое число каналов ввода-вывода. Большое число каналов ввода-вывода (порядка 256) позволяет использовать их в качестве серверов в больших вычислительных сетях. Мэйнфреймы также эффективно используются при работе с большими базами данных.

Родоначальником больших ЭВМ является фирма IBM.

Лучшие мэйнфреймы:

ú IBM 390;

ú IBM 4300;

ú IBM ES/3000 (имеет 6 векторных процессора, ОЗУ 9 Гбайт, быстодействие ~2000 Mips, 256 канала ввода-вывода, волоконно-оптические кабели);

ú М1800 фирмы Fujitsu (имеет 8 процессоров, ОЗУ 2 Гбайта, 256 каналов ввода-вывода);

ú ЕС 1170;

ú IBM 9000.

На мэйнфреймах сейчас находится ~50% всей компьютерной информации в мире (это в основном большие базы данных).

Малые ЭВМ

По своим техническим характеристикам они близки к миниЭВМ. В отличие от миниЭВМ малые ЭВМ имеют большое число каналов ввода-вывода (порядка 64).

У малых ЭВМ отношение производительность/цена значительно ниже, чем у больших ЭВМ.

Малые ЭВМ допускают многопользовательский режим работы (до 512 пользователей).

Современные малые ЭВМ имеют большой объем винчестера (порядка 100 Гбайт).

К малым ЭВМ относятся:

ú VAX–3600 фирмы DEC;

ú VAX–8250;

ú VAX–3430;

ú IBM 4381;

ú HP 3000;

ú HP 4000.

 

МикроЭВМ

Успехи в области элементной базы привели к появлению суперминиЭВМ — ЭВМ, относящихся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых ЭВМ, но по производительности сравнимых с большими ЭВМ.

Изобретение в 1969 году микропроцессора привело к появлению микроЭВМ. Именно наличие микропроцессора служило первоначально признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения ЭВМ.

МикроЭВМ можно разделить на следующие классы.

Многопользовательские — это мощные микроЭВМ, функционирующие в режиме разделенного времени. Это позволяет эффективно работать на них нескольким пользователям.

Рабочие станции представляют собой однопользовательские микроЭВМ, специализированные для определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и т. п.).

Серверы — многопользовательские микроЭВМ в вычислительных сетях, предназначенные для обработки запросов от всех станций сети. Одна и та же микроЭВМ может выступать и как сервер и как рабочая станция и это зависит от программного обеспечения на ней.

Персональные микроЭВМ — это универсальные однопользовательские ЭВМ, предназначенные для решения широкого круга задач.

Персональные микроЭВМ отличает высокая надежность работы в сравнении с другими ЭВМ.

Фирмы, выпускающие персональные компьютеры:

- США

Amstrad – Англия

Micral – Франция

Olivetty – Италия

- Япония

Самыми распространенными персональными ЭВМ являются IBM и Macintosh.

В сравнении с IBM Macintosh имеет лучшие характеристики и более надежное программное обеспечение. Чаще всего Macintosh использует при обработке графики и для подготовки оригинал-макетов в типографии с очень качественными репродукциями, например, картин. Однако, цена Macintosh значительно выше IBM (~5000 $ в сравнении с 1500 $ для IBM).

Компьютерые сети

Компьютерная сеть — это система распределенных ЭВМ и терминов, связанных между собой каналами передачи данных.

Компонентами сети являются ЭВМ, терминалы (в простейшем случае это просто монитор), центр управления сетью, средства телекоммуникаций и шлюзы (технические и программные средства для организации информационного взаимодействия разных сетей).

Простейшей компьютерной сетью является централизованная обработка данных. Структура такой сети представлена на рис. 1.41.

Рис. 1.41. Структура сети с централизованной обработкой данных

Недостатком этой сети является то, что кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводит к роковым последствиям для системы в целом.

Один из выходов из этой ситуации — приходится дублировать функции центральной ЭВМ. В результате образуется сеть с распределенной разработкой данных. Структура такой сети представлена на рис. 1.42.

Рис. 1.42. Структура сети с распределенной обработкой данных

В этой сети вычислительные ресурсы распределены между ЭВМ и конкретный терминал не знает на какой ЭВМ в данный момент выполняется его задача.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации:

q многомашинные вычислительные комплексы (МВК);

q вычислительные сети (ВС).

МВК — это группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместный единый информационно-вычислительный процесс.

МВК могут быть:

q локальным при условии установки компьютеров в одном помещении и не требующих для взаимодействия каналов связи;

q дистанционными,если некоторые компьютеры установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используется телефонные каналы связи.

Пример 1 локального МВК — к ЭВМ типа мэйнфрейма подключена с помощью устройства сопряжения мини-ЭВМ. Мини-ЭВМ обеспечивает подготовку и предварительную обработку данных, которые потом используются при решении сложных задач на мэйнфрейме.

Пример 2 локального МВК — три ЭВМ объединены в комплексе для распределения заданий на обработку. Одна из ЭВМ выполняет диспетчерскую функцию перераспределения заданий между ЭВМ в зависимости от занятости процессора.

Вычислительная сеть — это совокупность компьютеров и терминов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему и удовлетворяющую требованию распределенной обработки данных.

ВС отличается от МВК в следующем:

1. В состав МВК входит максимум три ЭВМ, находящиеся чаще всего в одном посещении;

2. ВС может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до сотен и даже тысяч метров.

3. Если в МВК функция обработки данных, передача данных и управление системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в ВС эти функции распределены между разными ЭВМ.

4. В ВС возникает необходимость решения задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи.

В ВС разделяют абонента сети и станцию. Абонент сети — это объект, генерирующий или потребляющий информацию в сети. Абонентами могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные работы, станки с ЧПУ и т. д. Станция сети — это аппаратура и программное обеспечение, выполняющие функции, связанные с передачей и приемом информации.

Классификация ВС

В зависимости от территориального расположения абонентских систем ВС можно разделить на три класса:

1. Глобальные сети (wan);

2. Региональные сети (man);

3. Локальные или корпоративные сети (lan).

Глобальная ВС объединяет абонентов, расположенных в разных странах, на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться по телефонной линии, через радиосвязь, систему спутниковой связи.

Региональные ВС связывает абонентов внутри города, страны, экономического региона. Обычно расстояние между абонентами региональной ВС составляет десятки-сотни километров. Чаще всего взаимодействие осуществляется через телефонную связь.

Локальная ВС объединяет абонентов в пределах небольшой территории. К классу ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т. д. Протяженность сети ограничена примерно 2.5 км.

Вычислительную сеть можно представить в виде иерархического дерева, как это показано на рис. 1.43.

Рис. 1.43. Структура вычислительной сети

Практика применения персональных компьютеров показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные персональные компьютеры, а локальные ВС.

Другими, кроме территориального, признаками классификации сетей являются следующие признаки:

q по типу решаемых задач (многофункциональные, специализированные);

q по типу средств коммуникаций (телефонные, кабельные, радио и радиорелейные, спутниковые);

q по размещению баз данных (с центральной базой данных и распределенной базой данных).