Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить (рис. 5.4) на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

Рис. 5.4.Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

§ быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

§ разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

§ 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 ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

§ способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

§ типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

§ наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

§ способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

§ система и структура машинных команд;

§ возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

§ эксплуатационная надежность ЭВМ;

§ коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ показаны в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Сравнительные параметры классов современных ЭВМ

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

Примечание. Первая большая ЭВМ ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 г. (в 1996 г. отмечалось 50-летие создания первой ЭВМ). Эта машина имела массу более 50 т, быстродействие несколько сотен операций в секунду, оперативную память емкостью 20 чисел; занимала огромный зал площадью около 100 кв.м.

Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.

Появление в 70-х гг. малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управления технологическими процессами. Они более компактны и значительно дешевле больших ЭВМ.

Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению супермини-ЭВМ – вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых ЭВМ, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.

Изобретение в 1969 г. микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х гг. еще одного класса ЭВМ – микроЭВМ (рис. 5.5). Именно наличие МП служило первоначально определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ.

Рис. 5.5. Классификация микроЭВМ

Многопользовательские микроЭВМ – это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

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

Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).

Серверы (server) – многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.

Конечно, вышеприведенная классификация весьма условна, ибо мощная современная ПК, оснащенная проблемно-ориентированным программным и аппаратным обеспечением, может использоваться и как полноправная рабочая станция, и как многопользовательская микроЭВМ, и как хороший сервер, по своим характеристикам почти не уступающий малым ЭВМ.

Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов ЭВМ.

БОЛЬШИЕ ЭВМ

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

§ производительность не менее 10 MIPS;

§ основную память емкостью от 64 до 10000 Мбайт;

§ внешнюю память не менее 50 Гбайт;

§ 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 современных больших ЭВМ, по стандартам которой в последние несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира, является фирма IBM. Ее модели IBM 360 и IBM 370, их архитектура и программное обеспечение взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

Среди лучших современных разработок мэйнфреймов за рубежом следует в первую очередь отметить: американские IBM 390, IBM 4300 (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 г., и IBM ES/9000, созданные в 1990 г., а также японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu.

Семейство мэйнфреймов IBM ES/9000 (ES – Enterprise System – система (сеть) масштаба предприятия) открывает новое семейство больших ЭВМ, включающее 18 моделей компьютеров, реализованных на основе архитектуры IBM 390:

§ младшая модель ES/9221 model 120 имеет основную память емкостью 256 Мбайт, производительность десятки MIPS и 12 каналов ввода-вывода;

§ старшая модель ES/9021 model 900 имеет 6 векторных процессоров, основную память емкостью 9 Гбайт, производительность тысячи MIPS и 256 каналов ввода-вывода, использующих волоконно-оптические кабели.

Семейство мэйнфреймов М 1800 фирмы Fujitsu пришло в 1990 г. на смену моделям V 780 и включает в себя 5 новых моделей: Model-20, -30, -45, -65, -85; старшие модели Model-45, -65, -85 - многопроцессорные ЭВМ соответственно с 4, 6 и 8 процессорами; последняя, старшая модель имеет основную память емкостью 2 Гбайта и 256 каналов ввода-вывода.

Последние, наиболее мощные модели отечественных больших ЭВМ существенно уступают по своим характеристикам зарубежным типам этих машин:

§ ЕС1068 имеет производительность 10 MIPS и основную память емкостью 32 Мбайта;

§ ЕС 1087–15 MIPS и 128 Мбайт;

§ ЕС И 30 –50 MIPS и 8 Мбайт;

§ ЕС 1170 (4-процессорный вариант) – 20 MIPS и 64 Мбайта.

Зарубежные фирмы определяют рейтинг мэйнфреймов, учитывая многие показатели:

§ надежность;

§ производительность;

§ емкость основной и внешней памяти;

§ время обращения к основной памяти;

§ время доступа и трансфер внешних запоминающих устройств;

§ характеристики КЭШ-памяти;

§ количество каналов и эффективность системы ввода-вывода;

§ аппаратную и программную совместимость с другими ЭВМ;

§ поддержку сети и др.

"Слухи о смерти мэйнфреймов сильно преувеличены": по данным экспертов, на мэйнфреймах сейчас находится около 70% "компьютерной" информации; только в США в 1995 г. было установлено 40 тыс. мэйнфреймов. В России в настоящее время используется около 5 тыс. ЕС ЭВМ и примерно столько же фирменных мэйнфреймов: IBM (ES/9000 установлены в нескольких банках, на автозаводах, металлургических комбинатах), Hitachi Data System, Fujitsu и др.

МАЛЫЕ ЭВМ

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.

Мини-ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини-ЭВМ) обладают следующими характеристиками:

§ производительность – до 100 MIPS;

§ емкость основной памяти – 4-512 Мбайт;

§ емкость дисковой памяти – 2-100 Гбайт;

§ число поддерживаемых пользователей – 16-512.

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная 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.

Наряду с использованием для управления технологическими процессами мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor – программно-управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ – Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1, 2,3,4, 1400,1700 и др.

В настоящее время семейство мини-ЭВМ PDP-11 включает большое число моделей - от VAX-11 до VAX-3600; мощные модели мини-ЭВМ класса 8000 (VAX-8250, 8820); супермини-ЭВМ класса 9000 (VAX-9410, 9430) и др.

Модели VAX обладают широким диапазоном характеристик:

§ количество процессоров – от 1 до 16;

§ производительность – от 1 до 600 MIPS;

§ емкость основной памяти – от 4 Мбайт до 2 Гбайт;

§ емкость дисковой памяти – от 2 до 300 Гбайт;

§ число каналов ввода-вывода – до 32.

Иными словами, мини-ЭВМ VAX полностью перекрывают весь диапазон характеристик этого класса компьютеров и в подклассе супермини стирают грань с мэйнфреймами.

Среди прочих мини-ЭВМ следует отметить:

§ однопроцессорные: IBM 4381, HP 9000;

§ многопроцессорные: Wang VS 7320, AT&T 3В 4000;

§ супермини-ЭВМ HS 4000, по характеристикам не уступающая мэйнфреймам.