Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Другие виды классификации компьютеров).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Человек научился производить и поддерживать огонь 30-40 тысяч лет назад. Тем не менее, только в середине восемнадцатого века он смог использовать этот навык для создания первых паровых двигателей. Промышленная революция конца XVIII - начала XIX в. наиболее радикально повлияла, а именно преобразовала производство. Физическая сила человека постепенно сменяются механизмами, машинами, станками. Удалось механизировать и автоматизировать бесчисленное количество процессов, которые обычно вручную выполнял человек. В то же время увеличение объема информации, связанное с быстрым развитием науки, усложнением техники и ускорением темпов развития производства и общественной жизни, привело к большим умственным затратам. В некоторых случаях, особенно в сфере управления производством, экономики и социальных процессов уже невозможно было обойтись без совершенных технических средств, способных взять на себя часть интеллектуальной работы. Необходимо было перенести на машины значительную долю человеческой информационной деятельности. Таким образом был создан универсальный «Информационный автомат», а именно - компьютер (электронная вычислительная машина, ЭВМ).

Человечеству прошлось пройти долгий и сложный исторический путь, прежде чем мы достигли современного уровня развития и использования компьютеров, информационных и сетевых технологий. В очень старые времена люди могли только считать по пальцам или делать надрезы на костях. Самым древним «вычислительным инструментом», который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. На заре человеческой цивилизации были изобретены различные системы счисления, позволяющие проводить торговые операции, рассчитывать астрономические циклы, проводить другие расчеты. Через несколько тысячелетий появились первые ручные вычислительные инструменты.

В настоящее время наиболее сложные вычислительные проблемы, как и многие другие операции, которые, по-видимому, не связаны с числами, решаются именно с помощью компьютеров. Это другой тип машины, построенный с целью повышения эффективности и качества выполнения работ и повышения производительности труда. Он, по сути, имеет единственную способность - обрабатывать высокоскоростные импульсы электрического поля. Истинное величие заключается в человеке, его гении, который нашел способ трансформировать разнообразную информацию, поступающую из реального мира, в последовательности нулей и единиц двоичного кода, т.е. возможность выразить это на цифровом языке, идеально подходящем для электронных схем компьютера. Однако ни одна другая машина в истории не принесла столь быстрых и глубоких изменений в наш мир. (посадка приборов на поверхность Луны и исследование планет солнечной системы, управление медицинским оборудованием в операционных, решение сложных экономических и управленческих задач и многое другое.).

---

Всем, кто знаком с современными компьютерами, механические вычислительные машины и устройства покажутся, пожалуй, забавными и неуклюжими устройствами. Тем не менее, читая историю разработки вычислительных машин, можно удивиться изобретательности, хитрости и настойчивости их создателей. Уместно вспомнить слова Б. Паскаля о том, что для создания «арифметической машины» ему пригодились все ранее приобретенные знания геометрии, физики и механики. Основа для компьютерной революции подготавливалась медленно и далеко не гладко. Начальной точкой этого процесса может считаться изобретение счетов (более 1500 лет назад). Они оказались очень эффективным инструментом и вскоре распространились по всему миру (в некоторых странах они все еще используются по сей день). В XVII в. Европейские мыслители были увлечены созданием счетных устройств.

Работы, выполняемые в 40-х годах XX в. создавании вычислительных машин с программным управлением, были тесно связаны с появлением новой фундаментальной области науки - кибернетики, или науки управления и коммуникации. Судьба этой науки в нашей стране была сложной. Долгое время это считалось буржуазной «вульгарной лженаукой». Только в начале 50-х годов прошлого века появились первые советские компьютеры. Несмотря на это, роль отечественных ученых в области кибернетики и компьютерных технологий неоценима.

Современный компьютер — это универсальное многофункциональное электронное автоматическое устройство для работы с информацией. Компьютеры в современном обществе взяли на себя значительную часть работы, связанной с информацией. По историческим меркам компьютерные технологии для обработки информации еще очень молодые и в самом начале своего развития, однако сегодня они трансформируют или вытесняют традиционные процессы обработки информации. Данная работа будет попыткой обобщить основную информацию, отражающую этапы развития, классы, структуры, функции и аппаратные средства компьютеров и систем, а также показать всю важность и необходимость изучения данной темы.

Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

1.1.Классификация по назначению

Есть много компьютерных систем классификации. В работе будут рассмотрены только некоторые из них, которые чаще всего упоминаются в доступной технической литературе и СМИ.

---

Классификация по назначению - является одним из самых ранних методов классификации. Это связано с тем, как компьютер применяется. Этот принцип различает большие компьютеры, мини-ЭВМ (электронно-вычислительные машины), микро-ЭВМ и персональные компьютеры, которые, в свою очередь, делятся на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.

Начнем, пожалуй, с больших электронно-вычислительных машин:

• это самые мощные компьютеры, они используются для обслуживания очень крупных организаций и даже целых секторов экономики. За рубежом компьютеры этого класса называются мейнфреймами (mainframe). В России к ним был прикреплен термин большие ЭВМ. Обслуживающий персонал мэйнфреймов насчитывает до десятков человек. На основе таких суперкомпьютеров создаются компьютерные центры, в которые входят несколько отделов или групп (Рисунок 1);
• центральный процессор является основным компьютерным блоком, в котором обработка данных и расчет результатов осуществляются напрямую. Как правило, центральный процессор состоит из нескольких стоек для оборудования и расположен в отдельной комнате, в которой соблюдаются повышенные требования к температуре, влажности, защищенности от электромагнитных помех, пыли и дыма;
• группа системного программирования занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования самой компьютерной системы. Работники этой группы называются системными программистами. Они должны хорошо разбираться в технической структуре всех компьютерных компонентов, поскольку их программы в первую очередь предназначены для управления физическими устройствами. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ более высокого уровня с оборудованием, то есть группа системного программирования обеспечивает программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы;
• группа прикладного программирования занимается созданием программ для выполнения определенных операций с данными. Работники этой группы называются прикладными программистами. В отличие от системных программистов, им не нужно знать техническую структуру компьютерных компонентов, поскольку их программы работают не с устройствами, а с программами, подготовленными системными программистами. С другой стороны, пользователи работают со своими программами, то есть с конкретными подрядчиками. Поэтому можно сказать, что группа прикладного программирования предоставляет пользовательский интерфейс вычислительной системы;
• группа подготовки данных занимается подготовкой данных, с которыми будут работать программы, созданные прикладными программистами. Во многих случаях сотрудники этой группы сами вводят данные с помощью клавиатуры, но они также могут преобразовывать готовые данные из одного представления в другое. Например, они могут получать иллюстрации, нарисованные художниками на бумаге, и преобразовывать их в электронную форму, используя специальные устройства, называемые сканерами;
• группа технической поддержки занимается обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и вводом в эксплуатацию устройств, а также подключением новых устройств, необходимых для работы других механизмов;
• группа информационной поддержки предоставляет техническую информацию всем другим отделам компьютерного центра по их запросу. Эта же группа создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных. Такие архивы называются программными библиотеками или банками данных;
• отдел выдачи данных получает данные от центрального процессора и преобразует их в удобную для клиента форму. Здесь информация печатается на печатающих устройствах (принтерах) или отображается на экранах дисплея.

---

Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована в непрерывном цикле. Наиболее трудоемкие и длительные расчеты планируются для ночных часов, когда численность персонала минимальна. В дневное время компьютер выполняет менее трудоемкие, но более многочисленные задачи. В то же время, чтобы повысить эффективность, компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Он попеременно переключается с одной задачи на другую и делает это так быстро и часто, что у каждого пользователя создается впечатление, что компьютер работает только с ним. Такое распределение ресурсов компьютерной системы называется принципом разделения времени.

Теперь поговорим о мини-ЭВМ - компьютеры этой группы отличаются от крупных базовых блоков уменьшенными размерами и, соответственно, более низкой производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, совмещающими образовательную деятельность с научной.

Мини-ЭВМ часто используются для управления производственными процессами. Например, в механическом цехе компьютер может поддерживать ритмичность поставки заготовок, узлов и компонентов на рабочие места, управлять гибкими автоматизированными линиями и промышленными роботами, собирать информацию с контрольно-измерительных пунктов и сигнализировать о необходимости замены изношенных инструментов и приспособлений. Подготовить данные для управления программой числовых станков, а также своевременно проинформировать цеховые и заводские службы о необходимости проведения перенастройки оборудования.

Этот же компьютер может совмещать управление производством с другими задачами. Например, он может помочь экономистам в мониторинге производственных затрат, установлении стандартов в оптимизации времени технологических операций, проектировщиках в автоматизации проектирования станков и приспособлений, бухгалтерском учете в учете первичных документов и подготовке регулярных отчетов для налоговых органов. Для организации работы с миникомпьютерами также необходим специальный компьютерный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших машин.

Микро-ЭВМ - компьютеры этого класса доступны для многих предприятий. Организации, использующие микрокомпьютеры, обычно не устанавливают центры обработки данных. Для обслуживания такого компьютера им нужна небольшая вычислительная лаборатория с несколькими людьми. В число сотрудников вычислительной лаборатории обязательно входят программисты, хотя они непосредственно не участвуют в разработке программ. Необходимые системные программы обычно приобретаются с помощью микрокомпьютера, а разработка необходимых приложений заказывается более крупным вычислительным центрам или специализированным организациям.

---

Программисты компьютерных лабораторий занимаются реализацией приобретенного или заказанного программного обеспечения, его настройкой и настройкой, координацией его работы с другими программами и компьютерными устройствами. Хотя программисты в этой категории не разрабатывают системные и прикладные программы, они могут вносить в них изменения, создавать или изменять отдельные фрагменты. Это требует высокой квалификации и универсальных знаний. Программисты микро-ЭВМ часто сочетают в себе качества системных и прикладных программистов одновременно.

Несмотря на относительно низкую производительность по сравнению с большими вычислительными машинами, микрокомпьютеры также используются в крупных компьютерных центрах. Там им поручены вспомогательные операции, для которых нет смысла использовать дорогие суперкомпьютеры. Такие задачи, например, включают в себя предварительную подготовку данных.

Категория персональных компьютеров (ПК) получила особенно быстрое развитие за последние двадцать лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Как правило, один человек работает с персональным компьютером. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно низкую стоимость, современные персональные компьютеры обладают значительной производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие вычислительные машины 70-х, мини-ЭВМ 80-х и микрокомпьютеры первой половины 90-х. Персональный компьютер (Personal Computer, PC) вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и частных лиц.

Персональные компьютеры были особенно популярны после 1995 года из-за быстрого развития Интернета. Персонального компьютера достаточно, чтобы использовать Всемирную паутину в качестве источника научной, справочной, образовательной, культурной и развлекательной информации. Персональные компьютеры также являются удобным средством автоматизации учебного процесса в любой дисциплине, средством организации дистанционного обучения и средством организации досуга. Они вносят большой вклад не только в производство, но и в общественные отношения. Они часто используются для организации надомного труда, что особенно важно в условиях безработицы.

До недавнего времени модели персональных компьютеров традиционно рассматривались в двух категориях: бытовые ПК и профессиональные ПК. Бытовые модели, как правило, имели более низкую производительность, но в них были приняты специальные меры для работы с цветной графикой и звуком, чего не требовалось для профессиональных моделей. В связи с резким снижением стоимости компьютерных технологий, достигнутым в последние годы, границы между профессиональными и бытовыми моделями были в значительной степени стерты, и сегодня высокопроизводительные профессиональные модели часто используются в качестве бытовых моделей, а профессиональные модели, в свою очередь, оснащены устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств.

---