Основные типы компьютеров

По назначению вычислительные машины можно разделить на универсальные и специализированные.

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

Специализированные компьютеры предназначены для решения определенного круга задач или реализации строго определенной группы функций. К специализированным компьютерам можно отнести, в частности, рабочие станции и серверы, используемые в компьютерных сетях. По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить на сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ). Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как:

· 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 (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 современных универсальных компьютеров показаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Сравнительные параметры универсальных компьютеров

ПРИМЕЧАНИЕ

MIPS — миллион операций в секунду над числами с фиксированной запятой.

Исторически первыми появились большие ЭВМ (ENIAC, UNIVAC), элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью0 интеграции. 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 компьютеров обусловлено, 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 суперминикомпьютера — вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых компьютеров, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.

Изобретение в 1969 г. 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. Следует также назвать и специализированные компьютеры, используемые в компьютерных сетях:

· однопользовательские - рабочие станции и сетевые компьютеры,

· многопользовательские компьютеры – серверы.

Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов компьютеров.

Большие компьютеры

Большие компьютеры за рубежом часто называют мэйнфреймами. Основные направления эффективного применения мэйнфреймов — 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 как наиболее актуальное.

ПРИМЕЧАНИЕ

Мэйнфреймы часто именуются большими серверами (серверами-мэйнфреймами). В принципе это допустимо, но иногда вносит путаницу в терминологию. Дело в том, что серверы — это многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях. Серверы обычно относят к микрокомпьютерам, но по своим характеристикам мощные серверы можно отнести и к малым компьютерам, и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперкомпьютерам.

Родоначальником современных больших компьютеров, по стандартам которых в последние несколько десятилетий развивались машины этого класса в большинстве стран мира, являются машины фирмы IBM. Модели IBM 360 и IBM 370 с их архитектурой и программным обеспечением взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

Среди лучших разработок мэйнфреймов за рубежом последних двух десятилетий следует, в первую очередь, отметить американские:

l IBM 3090, IBM 4300 (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 году (2-е поколение мэйнфреймов);

l IBM ES/9000, созданные в 1990 году (3-е поколение);

l S/390 и AS/400 (4-е поколение).

Семейство мэйнфреймовIBM ES/9000 (ES — Enterprise System) открывает семейство больших компьютеров, включающее 18 моделей компьютеров, реализованных на основе архитектуры IBM 390.

В 1997 году IBM продолжила программу трансформации своих больших компьютеров на биполярных микросхемах в малогабаритные мэйнфреймы S/390, использующие КМОП-микросхемы. В 2005 году IBM представила мэйнфреймы System z9 (5-е поколение), поддерживающие эффективные технологии виртуализации и обеспечения безопасности. Эти технологии делают их одной из самых открытых, надежных и защищенных вычислительных систем. В 2011 году основной модельный ряд мэйнфреймов IBM представлен моделями System Z9 Bisiness Class (Z9 BS) и System Z9 Enterprise Class (Z9 EC). Эти мэйнфреймы стали первыми системами на базе специализированного процессора Z Integrated Information Processor – zПР.

Кроме zПР система может дополнительно использовать процессор z Application Assistant Processor (zAAP), а также встроенный процессор для ОС Linux - Integrated Facility for Linux (IFL). IBM System Z9 используют операционную систему z/OS V1R8 on System, а с процессором IFL и ОС Linux. Старшая модель System Z9 EC может включать до 54 х процессоров, максимальный объем оперативной памяти 512 Гбайт. System Z9 BC поддерживает до 7 процессоров и оперативную память до 64 Гбайт.

Мэйнфрейм IBM System Z9 является локальным высокопроизводительным компьютером, но может служить и специализированным высокопроизводительным сервером в корпоративных компьютерных сетях. Его можно использовать и как сервер баз данных, ибо он успешно работает с программой IBM DB2, лидирующей в секторе систем управления базами данных (СУБД), и как сервер приложений, поскольку обеспечивает эффективную работу практически всех пакетов корпоративных прикладных программ, включая самый популярный сейчас за рубежом пакет SAP/R3. Примечание. Корпорация IBM создала эффективные технологии взаимодействия СУБД DB2 и ОС z/OS, обеспечивающие полнофункциональную защиту данных, в том числе многоуровневую защиту доступа и централизованное управление ключами шифрования.

Специалисты считают, что один мэйнфрейм IBM System Z9 EC способен справиться с рабочей нагрузкой сотен серверов обычного класса.

Распространенными в мире являются и японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu и Millennium фирмы Amdahl (теперь дочернего предприятия корпорации Fujitsu), а также мэйнфреймы8/*, 9/*, M2000 и C2000 немецкой фирмы Comparex Information Systems. На российских предприятиях используется большое количество мэйнфреймов Comparex, в частности, в МПС РФ и в РАО Газпром.

Зарубежными фирмами рейтинг мэйнфреймов определяется по многим показателям, среди них 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 системыввода-вывода; аппаратная и программная совместимость с другими компьютерами; поддержка сети и т. д. Внешний вид типичного мэйнфрейма показан на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Внешний вид большой ЭВМ