Добавлен: 07.07.2023
Просмотров: 239
Скачиваний: 1
Мэйнфреймы предназначены для решения научно-технических задач, работы в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работы с большими базами данных, управления вычислительными сетями и их ресурсами. Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5-6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе.
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).
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. Они имеют производительность сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств.
Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений. В этих машинах параллельно (т.е. одновременно) выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой).
Отличительной особенностью суперЭВМ являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами.
Одной из самых мощных в мире суперЭВМ является японская система Earth Simulator, имеющая производительности 40 Терафлоп (40 триллионов операций плавающей точки в секунду), объем оперативной памяти 10 Тбайт, объем внешней памяти 1600 Тбайт. Пропускная способность Earth Simulator Interconnected Network -12,3 Гб/с. Когда ES активно работает, по его проводам проходит примерно 7,8 Терабайт информации в секунду. Машина предназначена для моделирования процессов природных катаклизмов (таких, как землетрясение или глобальное потепление). Ее стоимость составляет 350 млн. долларов.
В качестве ОС японский суперкомпьютер использует UNIX-подобную систему с поддержкой среды для параллельного программирования.
Крупнейшим мировым производителем суперЭВМ является американская компания CRAY, которая в настоящее время занята разработкой Red Storm. Эта ЭВМ будет базироваться на 10 тысячах процессоров AMD и к 2006 году должна достигнуть быстродействия в 100 Терафлоп. Кроме этого CRAY делает ставку на систему Cray X1, производительность которой к концу десятилетия достигнет 1000 Терафлоп. Серьезным конкурентом является корпорация IBM со своим Blue Gene/L, проектная производительность которого 200 Терафлоп. Появление более мощной модели Blue Gene/Cпланируется в 2005 г. Ее производительность будет раз в пять мощнее своего младшего собрата.
Появление в 70-х гг. мини-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.
Мини-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.
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. 3). Именно наличие МП служило первоначально определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ.
- 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 представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).
- Серверы- многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.
Микрокомпьютеры— это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.
Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 — 10 миллионов операций в сек.
Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.
В класс персональных компьютеров входят различные машины — от дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея (80-е годы), до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в десятки Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.
Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должен иметь следующие характеристики:
- малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя (от нескольких сотен до 5 —10 тыс. долларов);
- автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
- гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
- «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
- наличие ЗУ на магнитных дисках емкостью до 300 Гбайт, объём оперативной памяти не менее 128 Мбайт
- высокую надежность работы (более 5000 ч наработки на отказ).
Классификация персональных компьютеров приведена в табл. 3.
Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях, - серверы. Серверы обычно относят к микроЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.
Сервер- выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы.
Серверы в сети часто специализируются. Специализированные серверы используются для устранения наиболее «узких» мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и др.
- Файл-сервер используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до 1 Тбайта.
- Архивационный сервер(сервер резервного копирования) служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами емкостью до 5 Гбайт; обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации от серверов и рабочих станций по сценарию, заданному администратором сети.
- Факс-сервер- выделенная рабочая станция для организации эффективной многоадресной факсимильной связи с несколькими факсмодемными платами, со специальной защитой информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электронных факсов.
- Почтовый сервер- то же, что и факс-сервер, но для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.
- Сервер печати предназначен для эффективного использования системных принтеров.
- Сервер телекон ференций имеет систему автоматической обработки видеоизображений и др.
Компьютеры также разделяются по платформе. На рынке представлено несколько основных платформ ПК, каждая из которых отличается как по назначению, так и по типу используемого аппаратно-программного обеспечения. Как правило, различные платформы компьютеров несовместимы между собой.
1. Платформа IBM-совместимых компьютеров включает большой спектр самых различных ПК: от простых домашних компьютеров до сложных серверов. С момента появления на рынке ПК, которые начала выпускать компания IBM(середина 70-х годов ХХ века), а затем многие другие фирмы подавляющее большинство персональных и домашних компьютеров относится к типу «IBM PC-совместимых». Главная заслуга IBM– в выработке и утверждении единого стандарта на основные части компьютера –комплектующие. До этого каждый производитель ПК стремился создать собственное, уникальное «железо» - в результате он становился монополистом на сборку и обслуживание собственных устройств. В итоге рынок был перенасыщен несовместимыми друг с другом аппаратами, для каждого из которых нужно было создавать собственные программы. Главное нововведение, которому и был обязан своей популярностью компьютер IBMPC, -принцип открытой архитектуры: IBM решила не делать свой новый компьютер «вещью в себе», а широко оповестила всех об особенностях его конструкции, поощряя при этом производство совместимых с IBMPC компьютеров других фирм.
Современный IBM-совместимый ПК похож на детский конструктор типа «сделай сам». Каждое из входящих в его состав устройств можно поменять на другое – того же типа, но более совершенное. Благодаря этому становятся возможными две вещи – быстрая сборка компьютера непосредственно «под клиента», а также простая (в большинстве случаев – силами самого пользователя) модернизация ПК.
Сегодня на Западе все чаще говорят не об «IBM-совместимых ПК», а о «платформе WIntel», подразумевая под этим сочетанием аппаратного обеспечения – процессоров фирмы Intel и «программной начинки» - операционной системы Windows.
2. Платформа Apple. Приоритет в создании ПК принадлежит американской компании Apple, которая с середины 70-х годов представили несколько десятков моделей ПК – начиная с AppleI и заканчивая современными iMac. В середине 80-х компьютеры серии Macintosh стали самыми популярными ПК в мире.
В отличие от IBM, компания Apple всегда делала ставку на «закрытую» архитектуру – комплектующие и программы для этих ПК выпускались лишь небольшим числом «авторизованных» производителей, за счет чего «Маки» всегда стоили намного дороже PC-совместимых компьютеров – что, впрочем, компенсировалось их высокой надежностью и удобством.
Именно на компьютерах Apple впервые появились многие новинки, ставшие со временем неотъемлемой частью ПК: графический интерфейс, мышь, звуковая подсистема, компьютерное видео и др.
Работа с графикой и сегодня остается основным козырем Apple, вот почему «Маки» по-прежнему незаменимы в таких областях, как издательское дело, подготовка и дизайн полноцветных иллюстраций, обработка видео и звука.
Среди других платформ ПК можно выделить серверные платформы типа Sun и профессиональные компьютеры Silicon Graphics.
Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.
Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально-распределенные многомашинные вычислительные системы - вычислительные сети- ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы.