1.2 Классификация ЭВМ

редставим основные типы ЭВМ (рис. 1.2), определённые стандартом ГОСТ 15971–90. В этой классификации используются различные критерии: функциональные возможности, назначение, габаритные размеры, тип носителя, категория пользователя.

Рис. 1.2 – Классификация ЭВМ по ГОСТ 15971–90

Если при классификации ЭВМ принять в качестве базового критерия область их применения, то в соответствии с этим признаком можно будет выделить следующие основные классы ЭВМ [2. C. 10; 6]:

1. Супер-ЭВМ.
2. Мэйнфреймы.
3. Серверы.
4. Настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции).
5. Портативные (мобильные) ЭВМ.
6. Встраиваемые системы.

Следует отметить, что помимо области применения данное разделение основывается также на существенном различии архитектур указанных классов ЭВМ.

1. Супер-ЭВМ (суперкомпьютер)

Супер-ЭВМ (суперкомпьютер) – ЭВМ, относящаяся к классу ВМ, имеющих самую высокую производительность, которая может быть достигнута на данном этапе развития технологии, и в основном предназначенных для решения сложных научно-технических задач (ГОСТ 15971–90).

Суперкомпьютер – это ЭВМ мелкосерийного или штучного производства, многократно превосходящая по вычислительной мощности массово выпускаемые компьютеры.

Отличительные признаки супер-ЭВМ:

• не является изделием массового производства, следовательно, при ее изготовлении и применении используются уникальные технологии, более дорогие и, возможно, менее удобные, чем массовые технологии;
• ориентирована на вычисления, на заметное, минимум на порядок, снижение времени выполнения сложных расчетов по сравнению с персональными ЭВМ или рабочими станциями.

2. Мэйнфрейм

Мэйнфрейм – это компьютер, обычно в компьютерном центре, который обладает широким спектром возможностей и ресурсов и с которым могут быть соединены другие компьютеры, причем так, что они могут использовать разделяемые возможности и ресурсы [7].

Мэйнфрейм – синоним понятия «большая универсальная ЭВМ». Слово «мэйнфрейм» появилось в 70–80-е гг. XX в., когда большие универсальные ЭВМ состояли из центрального процессора и множества подсистем: дисковых, ленточных, терминальных контроллеров и т. п. Практически все фирмы, которые производили подобную технику (основная доля рынка приходилась на продукцию IBM, Hitachi, Amdahl), придерживались примерно одинаковой архитектуры. Каждая из подсистем ЭВМ располагалась в отдельной стойке. Отсюда и название «мэйнфрейм» (main frame – главная стойка); оно закрепилось за центральной стойкой, где находились процессор и пульт управления (рис. 1.3).

Рис. 1.3 – Советский мэйнфрейм начала 1980-х гг. – ЭВМ ЕС-1052 (Политехнический музей, г. Москва)

Мэйнфреймы до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая супер-ЭВМ) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации.

3. Серверы (слово «сервер» происходит от англ. serve – обслуживать)

Сервер – это выделенная ЭВМ, как правило, в составе вычислительной сети, обладающая аппаратно-программными ресурсами и предоставляющая данные ресурсы пользователям по их запросам.

Существует несколько типов серверов, ориентированных на разные применения: файл-сервер, сервер баз данных, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений. Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, базы данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ).

4. Настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции)

Под персональным компьютером (ПК), или персональной ЭВМ (ПЭВМ), понимают настольную ЭВМ, имеющую эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности [4].

Под рабочими станциями обычно понимают настольные системы высокой производительности. Прародителями данного направления являются мини-ЭВМ, такие как PDP-11 или VAX фирмы DEC. Основным отличием рабочих станций от ПК является ориентация на профессиональных пользователей.

«Спецификация РС 99». В 1999 г. был введен в действие международный классификационный стандарт («Спецификация РС 99») [8], разработанный Intel и Microsoft, фактически объединяющий ПК и рабочие станции. Эти руководства-спецификации от Intel и Microsoft для разработчиков компьютерной техники выпускались ежегодно в период с 1998 по 2001 г.

В соответствии с этим стандартом принято следующее деление ПК:

• массовый (consumer PC);
• деловой (office PC);
• портативный (mobile PC);
• рабочая станция (workstation PC);
• развлекательный (entertainment PC).

5. Портативные ЭВМ (англ. mobile PC)

Как следует из названия, портативные ЭВМ отличаются малыми размерами и массой и, следовательно, возможностью переноски и работы в дороге. Поэтому данный класс ЭВМ еще называют переносимыми ЭВМ (mobile PC). В англоязычных источниках также часто используется термин laptop – наколенный компьютер. Портативные ЭВМ, хотя и являются персональными компьютерами, тем не менее, выделены в отдельный класс. Связано это с существенными отличиями в архитектуре между ПК и портативными ЭВМ.

Портативные ЭВМ можно разделить на три больших подкласса:

1. ноутбуки;
2. нетбуки;
3. карманные ПК (КПК).

Тип центрального процессора оказывает огромное влияние на габариты и производительность портативного ПК, поэтому нередко используется для классификации ноутбуков. Широкое внедрение ноутбуков во все сферы деятельности человека вызвало потребность их дальнейшей миниатюризации. Недавно появился новый класс компактных устройств – нетбук (netbook – мобильный компьютер для работы в Сети), его основное назначение – обеспечить работу в Интернете (рис. 1.4).

Рис. 1.4 – Нетбук Intel Classmate PC

Миниатюризация также привела к появлению карманных ПК (КПК), т. е. планшетных компьютеров (tablets). Особенно востребованными они оказались в сфере развлечений (поездки, полеты, отдых и др.). Планшетные компьютеры классифицируют по разным признакам:

1. а) тип операционной системы;
2. б) тип дисплея;
3. в) функциональные возможности и т. п.

Архитектура планшетных компьютеров значительно отличается от архитектуры остальных классов ЭВМ. Основу процессоров КПК составляет архитектура ARM (Advanced RISC Machines), разработанная в 1983–1985 гг. в компании Acorn Computers. В 1990 г. Acorn, работавшая над развитием ARM уже в сотрудничестве с Apple, преобразовала подразделение, занимавшееся ARM, в отдельную фирму – Advanced RISC Machines. Фирма позиционирует ARM в качестве «встраиваемого» вычислительного ядра, способного интегрироваться в специализированные процессоры. С этих пор архитектура ARM неуклонно развивается, являясь базой почти всех КПК, включая продукты главного производителя микропроцессоров – компании Intel.

Практически стираются различия между планшетными компьютерами и смартфонами, которые могут использовать одинаковые операционные системы, например Android (рис. 1.5).

Рис. 1.5 – Смартфоны и планшеты, использующие ОС Android. По часовой стрелке, начиная сверху слева: ASUS Transformer Prime, Samsung Galaxy SIII, Samsung Nexus S, Google Nexus 7

6. Встраиваемые системы (embedded system). В дополнение к настольным, серверным и мобильным устройствам быстрыми темпами развивается сектор встраиваемых систем. Встраиваемые системы (англ. embedded systems) – это специализированные решения, в которых компьютеры обычно встроены в устройства, которыми они управляют. Такие системы широко применяются при создании автономных контроллеров, бортовых и мобильных компьютеризированных комплексов управления, диагностики, связи, навигации и т. п. Обычно они представлены компактными компьютерными решениями, построенными на базе небольших печатных плат. В состав этих плат интегрированы процессоры, а также поддерживающие их элементы окружения, основными из которых являются чипсеты. Кроме того, в состав плат входят микросхемы памяти и многочисленные чипы контроллеров, обеспечивающих связь с разнообразными специализированными устройствами [6].

Производительность ЭВМ. Производительность (быстродействие, performance) является одной из важнейших характеристик системы. На оценку производительности одной ЭВМ влияют следующие факторы [2]:

• тип задач;
• число тех или иных операций, выполняемых при решении задачи;
• стиль программирования и другие особенности программы;
• логические возможности системы команд;
• структура процессора;
• характеристики и организация оперативной и внешней памяти;
• особенности системы ввода-вывода.

Единицы измерения производительности ЭВМ. Одной из единиц измерения производительности процессора (по отношению к времени выполнения) является MIPS (Million Instructions Per Second – миллион команд в секунду). Однако величина MIPS является относительной и не всегда объективной.

Для научно-технических расчетов, активно использующих арифметику с плавающей точкой, для оценки производительности ЭВМ и ВС была введена величина MFLOPS (Million Floating point Operations Per Second – миллион операций с плавающей точкой в секунду); читается «мегафлопс». Кроме того, используют величины GFLOPS («гигафлопс», 1000 MFLOPS), TFLOPS («терафлопс», 1000 GFLOPS) и PFLOPS («петафлопс», 1000 TFLOPS).

Сбалансированная компьютерная система [10. С. 27]. Для эффективного использования задействованных в системе ресурсов характеристики функциональных устройств должны быть сбалансированы. На основе мониторинга современных компьютеров определено следующее усредненное правило согласования характеристик основных ресурсов:

Сбалансированная компьютерная система требует:

• 1 Мбайт основной памяти;
• 1 Мбит/с пропускной способности шины на каждый 1 MIPS производительности процессора.