Машинная программа. 9 Классификация вычислительных устройств. 11 Основные устройства компьютера, его архитектура. 13

Вид материала

Программа

Содержание 1.4. Классификация вычислительных устройств.

Подобный материал:

• Тест «Основные устройства икт» 1 вариант Вкакой строке перечислен минимальный набор, 31.4kb.
• Лекция Внешние устройства компьютера, 309.96kb.
• Назипов Рамиль Хайретдинович Назначение и устройство компьютера урок, 165.22kb.
• Архитектура персонального компьютера, 124.05kb.
• «Архитектура ЭВМ учитель информатики Юдина Наталия Сергеевна Тема: «Устройства персонального, 111.25kb.
• Оболочка Norton Commander. Windows и программа, 26.31kb.
• Лекция 12. Архитектура компьютера, 124.05kb.
• 1. Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение, 132.15kb.
• «Цифровые устройства и микропроцессоры», 23.44kb.
• Классификация и основные параметры, 145.52kb.

1.4. Классификация вычислительных устройств.

Компьютеры различают главным образом по количественным характеристикам – объему оперативной памяти, объему внешней памяти, быстродействию процессора. По этим характеристикам можно выделить четыре класса: микрокомпьютеры, миникомпьютеры, мейнфреймы и суперкомпьютеры. Интересно, что такой градацией пользуются уже давно, хотя границы классов постепенно смещаются в сторону увеличения.

Микрокомпьютером называется, как правило, специализированное вычислительное устройство, встроенное в какое-нибудь техническое оборудование и выполняющее контрольные и управляющие функции. Часто это всего лишь микросхема, подключенная к датчикам. Функциональные программы зашиваются в постоянную память, однако возможно и программирование микрокомпьютера. Примером микрокомпьютеров могут служить кассовые аппараты, бортовые компьютеры автомобилей и самолетов, компьютеры, управляющие технологическими линиями на производстве.

Миникомпьютером называется универсальная ЭВМ, компактная по размерам и средняя по производительности. К этому классу относятся персональные компьютеры, серверы и рабочие станции. Сейчас миникомпьютеры содержат до 1Гб оперативной памяти и несколько десятков гигабайт внешней памяти.

Совершенствование миникомпьютеров привело к оформлению современного поколения настольных систем высокой производительности, которые сегодня известны как рабочие станции. Первоначальная ориентация рабочих станций на профессиональных пользователей (в отличие от ПК, которые с самого начала ориентировались на широкие слои потребителей -непрофессионалов) привела к тому, что рабочие станции - это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода/вывода. Это свойство выгодно отличает рабочие станции среднего и высокого класса от ПК и сегодня.

Сервером называется миникомпьютер, специально предназначенный для хранения больших объемов информации и обслуживания информационных запросов многих пользователей. Особенностью серверов является повышенное быстродействие и большой объем оперативной и внешней памяти (на верхнем пределе класса миникомпьютеров), повышенная надежность за счет использования автономных источников питания, дублирования сохраняемых данных, сохранения резервных копий и т.д.

Персональные компьютеры (ПК) появились при переходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы. Именно тогда стало возможным создавать дешевые и достаточно мощные вычислительные машины, ориентированные на одиночных пользователей – непрофессионалов. ПК очень быстро завоевали хорошие позиции на компьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя. Это прежде всего - "дружественные пользовательские интерфейсы", а также проблемно-ориентированные среды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладных программ.

Быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров Intel в сочетании с резким снижением цен на эти изделия и развитием технологии локальных шин (VESA и PCI), позволяющей устранить многие "узкие места" в архитектуре ПК, делают современные персональные компьютеры весьма привлекательной альтернативой рабочим станциям. В свою очередь производители рабочих станций создали изделия так называемого "начального уровня", которые по стоимостным характеристикам близки к высокопроизводительным ПК, но все еще сохраняют лидерство по производительности и возможностям наращивания. Насколько успешно удастся ПК на базе процессоров Pentium бороться против рабочих станций UNIX, покажет будущее, но уже в настоящее время появилось понятие "персональной рабочей станции", которое объединяет оба направления.

Мейнфрейм - это синоним понятия "большая универсальная ЭВМ", т.е. мощная вычислительная система общего назначения, обеспечивающая непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей оперативной памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Первоначально мейнфреймы ориентировались на централизованную модель вычислений, работали под управлением патентованных операционных систем и имели ограниченные возможности для объединения в единую систему оборудования различных фирм-поставщиков. Однако стремительный рост производительности персональных компьютеров, рабочих станций и серверов создал тенденцию перехода с мейнфреймов на компьютеры менее дорогих классов: миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта тенденция получила название "разукрупнение" (downsizing). Конкуренция со стороны распределенных систем заставила производителей мейнфреймов существенно расширить возможности своих операционных систем в направлении совместимости. В настоящее время они демонстрирует свою "открытость", обеспечивая соответствие протоколов соединений OSI и TCP/IP или предоставляя возможность работы на своих компьютерах под управлением операционной системы UNIX собственной разработки.

Главным недостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительно низкое соотношение производительность/стоимость. Однако фирмами-поставщиками мейнфреймов прилагаются значительные усилия по улучшению этого показателя. Следует также помнить, что в мире существует огромная инсталлированная база мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем. Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто неразумно. В то же время сложность перехода к распределенной архитектуре клиент-сервер оказалась выше, чем предполагалось. Кроме того, многие пользователи считают, что распределенная среда не обладает достаточной надежностью для наиболее ответственных приложений, которой обладают мейнфреймы.

Суперкомпьютер, как и мейнфрейм, - это мощная вычислительная система общего назначения, обладающая ресурсами большой локальной сети и быстродействием, несравнимым с быстродействием миникомпьютеров. Можно сказать, что суперкомпьютер – это объединение машин, представляющее собой единое целое для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Главное качественное отличие суперкомпьютера от мейнфрейма – это связанная система центральных процессоров, предназначенных для выполнения параллельных вычислений. Мейнфреймы также включают несколько процессоров, но там они выполняют каждый свои функции. Процессоры суперкомпьютера позволяют ему поручить те вычисления, которые могут выполняться одновременно, разным процессорам, что позволяет во много раз уменьшить время вычислений.

Задачи, связанные с выполнением параллельных вычислений, очень сложны и математически, и технически. Они потребовали и новых технологических решений, и разработки новых операционных систем, и разработки новых языков программирования, и решения ряда математических проблем. Особенно важны суперкомпьютеры для сверхсложных научных вычислений в области космических исследований, авиационных технологий, а также для обслуживания супербольших баз данных.

Современный подход к суперкомпьютерам предполагает организацию системы параллельных процессоров в форме кластеров, которые могут подключаться независимо. Первой концепцию кластерной системы анонсировала компания DEC, определив ее как группу объединенных между собой вычислительных машин, представляющих собой единый узел обработки информации с общей внешней памятью, обеспечивающую единый механизм управления и администрирования. Работа любой кластерной системы определяется двумя главными компонентами: высокоскоростным механизмом связи процессоров между собой и системным программным обеспечением, которое обеспечивает клиентам прозрачный доступ к системному сервису.

Суперкомпьютер характеризуется следующими свойствами:

• существует ряд аппаратных и системных возможностей параллельного выполнения заданий на процессорах кластера;
  
• разделение ресурсов между процессорами: процессоры в кластере имеют доступ к общим дисковым накопителям и обращаются к их файлам данных как к локальным;
  
• если происходит отказ одного процессора, задания его пользователей автоматически могут быть перенесены на другой; то же относится к контроллерам внешних накопителей и других периферийных устройств;
  
• прикладные программы могут инсталлироваться однажды на общих дисках кластера и разделяться между всеми процессорами кластера.
  
• увеличение вычислительной мощности кластера достигается подключением к нему дополнительных процессоров; дополнительные накопители на магнитных дисках становятся доступными для всех процессоров, входящих в кластер.
  

Двумя основными проблемами построения вычислительных систем для критически важных приложений являются обеспечение сверхвысокой производительности и сверхнадежности функционирования системы. Задача обеспечения продолжительного функционирования системы имеет три составляющих: надежность, готовность и удобство обслуживания. Суперкомпьютеры относятся к типу "систем высокой готовности" (High Availability Systems). Системы высокой готовности имеют общую цель - минимизацию времени простоя. Имеется два типа времени простоя компьютера: плановое и неплановое. Плановое время простоя требуется для проведения работ по модернизации системы и для ее обслуживания. Неплановое время простоя является результатом отказа системы или компонента. Следует отметить, что высокая готовность не дается бесплатно. Стоимость систем высокой готовности намного превышает стоимость обычных систем.