Подразделение компьютеров по принципу действия

Обновлено: 07.07.2024

Компьютер как программно управляемое электронное устройство обработки информации. Классификация компьютеров по принципу действия (аналоговые, цифровые и гибридные), этапам создания, назначению (универсальные, специализированные) и областям применения.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	26.10.2011
Размер файла	189,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

1. Классификация компьютеров по принципу действия
2. Классификация компьютеров по этапам создания
3. Классификация компьютеров по назначению
4. Классификация компьютеров по областям применения

Компьютер -- многозначный термин, наиболее часто употребляется в качестве обозначения программно управляемого электронного устройства обработки информации. Термин «компьютер» и аббревиатура «ЭВМ», принятая в русскоязычной научной литературе, являются синонимами. В настоящее время словосочетание «электронная вычислительная машина» почти вытеснено из бытового употребления. Аббревиатуру «ЭВМ» в основном используют как правовой термин в юридических документах, инженеры цифровой электроники. компьютер

Классификация ЭВМ по принципу действия

Классификация ЭВМ по этапам создания

Классификация ЭВМ по назначению

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

также существуют и другие классификации компьютеров. Но я остановлюсь подробней именно на этих.

1. Классификация компьютеров по принципу действия

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ)

Анамлоговый компьютер -- аналоговая вычислительная машина (АВМ), которая представляет числовые данные при помощи аналоговых физических переменных (скорость, длина, напряжение, ток, давление), в чём и состоит его главное отличие от цифрового компьютера.

Представлением числа в механических аналоговых компьютерах служит, например, количество поворотов шестерёнок механизма. В электрических -- используются различия в напряжении. Они могут выполнять такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование и инвертирование. При работе аналоговый компьютер имитирует процесс вычисления, при этом характеристики, представляющие цифровые данные, в ходе времени постоянно меняются. Результатом работы аналогового компьютера являются либо графики, изображённые на бумаге или на экране осциллографа, либо электрический сигнал, который используется для контроля процесса или работы механизма. Эти компьютеры идеально приспособлены для осуществления автоматического контроля над производственными процессами, потому что они моментально реагируют на различные изменения во входных данных. Такого рода компьютеры широко используются в научных исследованиях. Например, в таких науках, в которых недорогие электрические или механические устройства способны имитировать изучаемые ситуации. В ряде случаев с помощью аналоговых компьютеров возможно решать задачи, меньше заботясь о точности вычислений, чем при написании программы для цифровой ЭВМ. Например, для электронных аналоговых компьютеров без проблем реализуются задачи, требующие решения дифференциальных уравнений, интегрирования или дифференцирования. Для каждой из этих операций применяются специализированные схемы и узлы, обычно с применением операционных усилителей. Также интегрирование легко реализуется и на гидравлических аналоговых машинах.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на цифровых вычислительных машинах различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. Поэтому если аналоговые вычислительные машины обычно предназначены для решения определенного класса задач, т.е. являются специализированными, то цифровой компьютер, как правило, универсальное вычислительное средство. Наибольшее распространение получили электронные вычислительные машины, выполненные с использованием новейших достижений электроники.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) -- вид гибридной вычислительной системы (ГИС), сочетающий в себе свойства аналоговых и цифровых вычислительных устройств. Отличительные особенности:

В гибридной вычислительной системе устранены многие недостатки, свойственные каждому из типов вычислительных машин в отдельности, и объединены такие преимущества, как

· высокая точность и быстродействие;

· многообразие возможностей управления и программирования, присущее цифровым системам;

· непосредственное взаимодействие с контролируемой и управляемой аппаратурой, присущее аналоговым системам.

· отсутствие в критичных узлах дополнительных преобразований физических величин и обусловленных этим временных задержек и погрешностей дискретизации.

· сравнительно малое количество простых элементов, реализующих сложные функциональные зависимости, присущее аналоговым системам.

Гибридными системами эффективно решаются следующие основные группы задач:

· Моделирование в реальном масштабе времени автоматических систем управления, содержащих как аналоговые, так и цифровые устройства;

· Воспроизведение в реальном масштабе времени процессов, содержащих высокочастотные составляющие и переменные, изменяющиеся в широком амплитудном и частотном диапазоне;

· Моделирование биологических систем;

· Решение уравнений в частных производных;

· Оптимизация систем управления.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

2. Классификация компьютеров по этапам создания

По этапам создания используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:

Первое поколение ЭВМ. Развитие ЭВМ делится на несколько периодов. Поколения ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и математическим обеспечением. Первое поколение (1945-1954) - ЭВМ на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютерных динозавров, которые нередко требовали для себя отдельных зданий, давно стали легендой.

Второе поколение ЭВМ. ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1950--60 гг. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Второе отличие этих машин -- это то, что появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу.

Третье поколение ЭВМ. Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независимо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.

Четвертое поколение ЭВМ. Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин элементной базой стали большие интегральные составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени). Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2 направлениям: 1-ое направление -- создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. 2-ое направление -- дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Благодаря появлению и развитию персональных компьютеров (ПК), вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной.

Пятое поколение ЭВМ. ЭВМ пятого поколения -- это ЭВМ будущего. На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

3. Классификация компьютеров по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общегоназначения),проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных ЭВМ являются:

· 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.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами .К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

4. Классификация компьютеров по областям применения

Суперкомпьюмтер (англ. supercomputer, СуперЭВМ) -- вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.

Мэйнфреймы - это большие компьютеры, с высоким быстродействием и большими вычислительными ресурсами, которые могут обрабатывать большое количество данных и выполнять обработку запросов одновременно нескольких тысяч пользователей. Мэйнфреймы выполнены с избыточными техническими характеристиками, что делает их очень надежными. Физически мэйнфреймы имеют один корпус - системный блок размером со шкаф, к которому могут подключаться терминалы (терминал состоит из монитора и клавиатуры).используются мэйнфреймы для хранения и обработки больших баз данных, а также крупных web-узлов с большим количеством одновременных обращений.

Серверы - это компьютеры, которые служат центральными узлами в компьютерных сетях. На серверах устанавливается программное обеспечение, позволяющее управлять работой сети. На серверах хранится информация, которой могут пользоваться все компьютеры, подключенные к сети. От сервера зависит работоспособность всей сети и сохранность баз данных и другой информации. Серверы могут содержать от нескольких процессоров до нескольких десятков процессоров.

Персональные компьютеры - это компьютеры, которые могут использоваться одним человеком автономно, независимо от других компьютеров. Настольные персональные компьютеры, как это ясно из названия, используются в стационарных условиях комнаты или кабинета и располагаются на рабочем столе.

Первые переносные компьютеры называли лаптопы (laptop - лежащий на коленях). Современные переносные компьютеры называют английским словом "ноутбук" (notebook) или блокнотный компьютер. Ноутбук имеет жидкокристаллический дисплей, клавиатуру, совмещенную с системным блоком, дисковод для 3,5" дискет и оптический дисковод (CD-ROM, CD-RW или комбинированный DVD+RW). Кроме того, обязательно имеется манипулятор для управления курсором. По размеру ноутбуки такие, что легко помещаются в портфель.

Карманные переносные компьютеры помещаются на ладони и их так и называют - наладонники или по-английски - палмтоп, что означает - лежащий на ладони. В набор программ входит операционная система, текстовый и графический редакторы, система баз данных и электронные таблицы, программы для работы в Интернете. Эти компьютеры позволяют обрабатывать документы, вести базы данных, производить вычисления, распечатывать документы, записывать их на дискету работать в Интернете.

Подобные документы

Открытия, предшествующие созданию компьютеров. Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям. Направления развития ЭВМ: аналоговые, электронные и аналогово-цифровые вычислительные машины. Развитие информационных технологий.

курсовая работа [42,2 K], добавлен 28.12.2016

Деление компьютерной техники по этапам развития, условиям эксплуатации, принципу действия и назначению, размерам и функциональным возможностям. Классификация вычислительных систем Флинна. Анализ отклонений фактических показателей от плановых в MS Excel.

курсовая работа [46,6 K], добавлен 16.01.2012

Оптический компьютер как устройство обработки информации с использованием квантов света или фотонов. Типы оптических процессоров. Аналоговые операции, ими производимые. Принципы построения голографии. Параметры и каскад первого оптического транзистора.

презентация [5,5 M], добавлен 19.11.2015

Наиболее значительные области применения средств обработки данных. История создания автоматизированных систем управления в CCCP. Применения отечественных компьютеров в атомной и космической программах СССР, в образовании, медицине, торговле, АПК.

курсовая работа [33,0 K], добавлен 15.03.2011

Микропроцессор как программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки. Его внутреннее устройство и значение, выполняемые функции. Принципы обработки данных.

презентация [2,9 M], добавлен 05.02.2015

Предпосылки к созданию компьютера, этапы и направления данного процесса, современное состояние и оценка дальнейших тенденций развития. Классификационные группы ЭВМ по принципу действия, этапам создания и назначению, и их отличительные особенности.

реферат [25,8 K], добавлен 10.11.2013

Описание этапов создания первых компьютеров: схема, операции и функции, принцип действия. От простого к сложному: история разработки нового поколения Intel-процессоров. Особенности устройства, архитектура и анализ различных модификаций микропроцессоров.

Computer в переводе означает «вычислитель». Это основная функция устройства, но использовать его можно по-разному. Отсюда и деление современных компьютеров на типы и виды. В этой статье мы представим классификацию устройств и приведем их основные отличительные характеристики.

Классы компьютеров

Все выпускаемые компьютеры можно разделить на два класса: персональные и корпоративные. Помимо внешнего вида, основное отличие между ними – быстродействие.

Эту характеристику по-другому называют флопс (в англоязычном варианте FLOPS или полностью FLoating-point Operations Per Second). Она означает количество определенных операций, которое может выполнить компьютер в единицу времени. Для персонального компьютера нормальной считается величина 0,1 терафлопса, у корпоративного она может доходить до 10 терафлопсов.

Основные типы персональных компьютеров

Устройства этого типа позволяют работать на них одиночным пользователям. Они универсальны, а перечень решаемых с их помощью задач достаточно широк: на ПК можно набирать тексты, смотреть видео, оформлять чертежи, выполнять вычисления и решать другие задачи. Подобные устройства, в свою очередь, делятся на несколько типов.

Стационарные компьютеры

Такие устройства предназначены для постоянного использования в одном месте и делятся на несколько видов:

Настольные компьютеры или по-другому десктопы (desktop) отличаются модульной конфигурацией. Они состоят из системного блока и подключенных к нему монитора, клавиатуры и мышки. Модульная конфигурация – основное преимущество таких компьютеров. Она дает возможность подобрать отдельные элементы под решаемые задачи (например, размер монитора, быстродействие, объем памяти и прочее), а в будущем модернизировать компьютер, заменив их на более современные. Недостаток таких моделей – внушительные габаритные размеры.
Моноблоки отличаются от настольных компьютеров тем, что у них системный блок и монитор размещены в одном корпусе. Соответственно, они более компактные, но менее производительные. Последняя особенность связана со сложностью охлаждения энергоемких комплектующих (например, процессора, оперативной памяти и других), поэтому их заменяют на менее энергоемкие и производительные.
Неттопы отличаются от классических настольных компьютеров уменьшенными габаритами системного блока, очень тихой работой, пониженным энергопотреблением и более низкой производительностью. Это отличный выбор для навигации в интернете или просмотра видео, но для современных игр они не подходят.

Мобильные компьютеры

Производительность – одна из основных характеристик современного компьютера, но в ряде случаев более важной оказывается их мобильность. К мобильному типу относится несколько видов устройств:

Ноутбуки (на английском notebook, что в переводе означает «записная книжка») по-другому их часто называют лэптопами (на английском laptop, что в переводе означает «на коленях»). У них есть несколько характерных отличий от стационарных моделей: монитор совмещен с крышкой компьютера, клавиатура встроена в корпус и оснащена сенсорной панелью (тачпадом), имеется аккумуляторная батарея, позволяющая определенное время работать без подключения к сети электропитания. Последняя особенность и обеспечивает мобильность ноутбуков. Современные модели практически не уступают по производительности стационарным аналогам.
Нетбуки меньше ноутбуков и уступают им по производительности, но могут дольше работать от аккумуляторной батареи. По функциональности их можно назвать неттопами, но в мобильном исполнении.
Ультрабуки (на английском ultrabook) отличаются от ноутбуков очень тонким корпусом и аккумулятором повышенной емкости. Это легкие, удобные и производительные, но дорогие устройства.
Планшеты (на английском tablet PC), в отличие от всех предыдущих видов устройств этого типа, не имеют книжной конструкции. Они оснащены сенсорным дисплеем, имеют клавиатуру, на которой можно работать пальцами рук или стилусом. Такие устройства легкие и тонкие. С их помощью удобно читать электронные книги или смотреть фильмы, но набирать тексты или работать с графическими программами не получится: они для этого не предназначены.
Карманные компьютеры (на английском их часто называют Personal Digital Assistant, сокращенно PDA, что в переводе означает «личный цифровой секретарь») стали следующим этапом на пути уменьшения размеров компьютеров, но сейчас их полностью заменили смартфоны. По функциональности они ни в чем не уступают планшетам, но при этом более компактные.

Переносные компьютеры

Возможности современных компьютеров не ограничиваются только выполнением заданных операций. Это качество в полной мере реализуется в переносных моделях (на английском wearables). Их вполне можно было бы отнести к мобильным, но у них есть два ярких отличия: форма и способность анализировать окружающую среду и выдавать рекомендации владельцу. К этому типу относится несколько видов устройств:

Основные типы корпоративных компьютеров

Корпоративные компьютеры превосходят персональные по производительности и часто на них одновременно работают несколько пользователей. Такой класс устройств часто используют в бизнесе, в системе образования или на производстве. Они делятся на следующие типы.

Серверы

К серверам относят мощные компьютеры, способные обрабатывать большие массивы информации, принимать и выполнять запросы от персональных компьютеров или рабочих станций. Их используют, например, все интернет-провайдеры. Помимо этого, серверы применяют для хранения больших объемов информации. В этом случае их используют в качестве хостингов, файлообменников или облачных сервисов.

Мейнфреймы

Мейнфреймы выполняют схожие с серверами задачи, но превосходят их по техническим параметрам и обладают очень высокой надежностью. Чаще всего их используют на крупных предприятиях, которые выполняют обработку большого количества информации: в банках, аэропортах, на железнодорожных вокзалах и других предприятиях.

Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры – это уже не отдельные компьютеры, а многопроцессорные комплексы. Они отличаются высочайшей производительностью и способны выполнять несколько триллионов операций в секунду. На задачу, которую суперкомпьютеры решают за несколько минут, обычному ПК понадобится несколько дней. Такие устройства отличаются крупными габаритами. Чаще всего их используют для моделирования различных природных (смерчи, наводнения и прочее) или техногенных (аварии, войны и прочее) событий.

Заключение

Выбор компьютеров сейчас действительно огромен. Устройство с требуемыми функциями и возможностями можно подобрать под любые задачи. Главное – четко сформулировать цели, для которых предназначен компьютер.

Оставьте свою электронную почту и получайте самые свежие статьи из нашего блога. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить

По принципу действия. Электронная вычислительная машина, компьютер -- комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) -- вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Аналоговые вычислительные машины (АВМ) -- вычислительные машины непрерывного действия. Работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) -- вычислительные машины комбинированного действия. Работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

По назначению. По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированнные.

Характерными чертами универсальных ЭВМ 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.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами (управляющие вычислительные комплексы).

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы (программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами).

По функциональным возможностям По функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

Вычислительная техника - одна из наиболее быстро и динамично развивающихся областей науки и техники. Ее динамика, с одной стороны, связана с широким проникновением вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности, с другой стороны - с бурным ростом технических характеристик вычислительных машин и систем. С начала шестидесятых годов прошлого века период удвоения основных характеристик компьютеров не превышает двух лет. Такой стремительный рост приводит к неоднозначности используемой терминологии, к субъективной оценке сфер применения конкретных ЭВМ.

Современная вычислительная машина представляет собой сложную аппаратно-программную систему, состоящую из большого числа взаимосвязанных элементов. Каждый из этих элементов имеет свои характеристики, совокупность которых определяет технико-эксплуатационные характеристики всей вычислительной машины.

К технико-эксплуатационным характеристикам ЭВМ, определяющим их функциональные возможности, относят:

быстродействие;
разрядность;
формы представления чисел;
номенклатура и характеристики запоминающих устройств;
номенклатура и характеристики устройств ввода-вывода информации;
типы и характеристики внутренних и внешних интерфейсов;
наличие многопользовательских режимов и поддержка многопро-граммности;
типы и характеристики, используемых ОС;
система команд и их структура;
функциональные возможности программного обеспечения и его наличие;
программная совместимость с другими типами ЭВМ;
срок эксплуатации;
условия эксплуатации;
характеристики надежности;
состав и объем профилактических работ;
стоимостные характеристики;
совокупная стоимость владения.

Несмотря на сравнительно короткую историю современной вычислительной техники, до настоящего времени было предложено достаточно много подходов к систематизации всего многообразия средств вычислительной техники [40]. Работы в этом направлении продолжаются.

Любая классификация относительна и отражает только ограниченное многообразие свойств классифицируемых объектов или процессов. Но, как показал опыт , нахождение удачной классификации может предопределить успех развития целых научных и технических направлений. Характерный пример - периодическая таблица элементов Менделеева.

При разработке любой классификации важно понимать, для кого она создается и на решение каких задач направлена.

Используемый классификационный признак должен быть измеряемым и позволять относить классифицируемого объекта к единственному классу.

На практике эти требования часто удовлетворяются с допущениями. Примером служат большинство применяемых классификаций ЭВМ и вычислительных систем.

Для классификации компьютеров использовались следующие классификационные признаки:

принцип действия;
используемая элементная база;
назначение;
размеры и вычислительная мощность;
особенности архитектуры.

По принципу действия вычислительные машины делятся на цифровые, аналоговые и гибридные.

В основу классификации по этому признаку положена форма представления информации, с которой работают вычислительные машины.

По этому признаку вычислительные машины можно разделить на три группы: специализированные, универсальные и проблемно-ориентированные.

Универсальные ЭВМ позволяют решать задачи различных классов: математических, инженерно-технических, экономических, информационных и др.

Проблемно-ориентированные ЭВМ предназначены для решения круга задач более узкого: управление технологическими процессами; выполнение расчетов по сравнительно несложным алгоритмам; регистрация, накопление и обработка не очень больших объемов небольших данных. Они имеют более скромные по сравнению с универсальными ЭВМ программные и аппаратные ресурсы. Примером проблемно-ориентированным вычислительных систем могут служить и различные управляющие вычислительные комплексы. Специализированные вычислительные машины предназначены для решения узкого круга задач.

Характеристики и архитектура машин этого класса определяются спецификой тех задач, для решения которых они используются. Это обеспечивает их более высокую эффективность в соответствующем применении по сравнению с универсальными ЭВМ. К специализированным ЭВМ относятся контроллеры, управляющие несложными техническими устройствами и процессами и микропроцессоры специального назначения.

В соответствии с этой классификации вычислительные машины делятся на суперЭВМ, большие, малые, сверхмалые. Эта классификация потеряла свою актуальность. Можно говорить только о существовании класса суперЭВМ (суперкомпьютеров).

В качестве классификационных признаков используются: характеристики системы команд компьютера (количество команд, структура адресной части команд), разрядность машинных слов, организация обработки данных и команд процессором.

Классификация Флинна

Классификация М. Флинна [38, 303] является одной из самых ранних и наиболее известных классификацией архитектур вычислительных систем. В основу классификации положено понятие потока. Поток - это последовательность, под которой понимается последовательность данных или команд, обрабатываемых процессором. Рассматривая число потоков данных и потоков команд, М. Флинн предложил рассматривать следующие классы архитектур: MIMD, SIMD, SISD , MISD .

Single Instruction Single Data [stream] - "один поток команд, один поток данных", архитектура SISD ( ОКОД ). Описание архитектуры компьютерной системы, подразумевающее исполнение одним процессором одного потока команд, который обрабатывает данные, хранящиеся в одной памяти (рис. 2.1а.).

Multiple Data stream processing - "один поток команд, много потоков данных", архитектура SIMD ( ОКМД ). Описание архитектуры параллельной компьютерной системы, подразумевающее исполнение одной текущей команды несколькими процессорами. Эта команда выбирается из памяти центральным контроллером SIMD-системы, но работает она над разными элементами данных (чаще всего - элементами массива). Для этого каждый процессор имеет ассоциированную с ним память, где хранятся массивы однородных данных. В эту категорию попадают, в частности, векторные процессоры . (рис. 2.1б.).

Multiple Instruction Single Data [stream] - "много потоков команд, один поток данных", архитектура MISD (МКОД). Одна из четырёх возможных архитектур параллельного компьютера в классификации М. Флинна. В этой архитектуре данные подаются на набор процессоров, каждый из которых исполняет свою программу их обработки. Подобная архитектура ещё никогда не была реализована (рис. 2.1в.).

Multiple Instructions - Multiple Data [stream] - "много потоков команд, много потоков данных", архитектура MIMD (МКМД). Одна из четырёх возможных архитектур параллельного компьютера. В этой архитектуре набор процессоров независимо выполняет различные наборы команд, обрабатывающих различные наборы данных. Системы в архитектуре MIMD делятся на системы с распределённой памятью (слабо связанные системы), к которым относятся кластеры, и системы с совместно используемой памятью ( shared-memory multiprocessors ). К последним относятся симметричные мультипроцессорные системы.

В класс SISD входят однопроцессорные последовательные компьютеры. Векторно-конвейерные компьютеры также могут быть отнесены к этому классу, если рассматривать вектор как одно неделимое данное для машинной команды. Это отмечают критики этой классификации.

К классу SIMD относятся классические процессорные матрицы. В них множество процессорных элементов контролируется общим управляющим устройством. Все процессорные элементы одновременно получают от устройства одинаковые команды и обрабатывают свои локальные данные. Если рассматривать каждый элемент вектора как отдельный элемент потока данных, то к этому классу можно отнести и векторно-конвейерные компьютеры .

Класс MIMD включает в себя все многообразие многопроцессорных систем. Если рассматривать конвейерную обработку как выполнение множества команд не над одиночным векторным потоком данных, а над

множественным скалярным потоком, то в этот класс могут быть включены векторно-конвейерные компьютеры .

Классификация Флинна широко используется и сегодня для начального описания вычислительных систем.

У этой классификации есть очевидные недостатки:

в нее четко не вписываются отдельные нашедшие применение архитектуры. Например, векторно-конвейерные компьютеры и компьютеры, управляемые потоками данных;
класс MIMD очень перегружен: в него вошли все многопроцессорные системы. При этом они существенно отличаются по ряду признаков (числом процессоров, природе и топологией и видами связей между ними, способами организации памяти и технологиями программирования).

Несколько классификаций, предложенных позже, расширяют классификацию М. Флинна. Примером такой классификации может служить классификация Ванга и Бригса.

Классификация Ванга и Бриггса

Эта классификация по сути, является дополнением к классификации Флинна. В ней сохранены четыре базовых класса ( SISD , SIMD, MISD , MIMD), К. Ванг и Ф. Бриггс [42, 303] внесли следующие изменения.

В классе MIMD выделяются:

вычислительные системы со слабо связанными процессорами,
вычислительные системы с сильной связанными процессорами.

К первой группе относятся системы с распределенной памятью , ко второй - системы с общей памятью.

Класс SISD делится на два подкласса:

архитектуры, имеющие одно функциональное устройство;
архитектуры, в состав которых входит несколько функциональных устройств.

Класс SIMD с учетом способа обработки данных делится на два подкласса:

архитектуры с разрядно-последовательной обработкой данных;
архитектуры с пословно-последовательной обработкой данных.

Классификация Фенга

Т. Фенг предложил в основу классификации вычислительных систем положить две простые характеристики [42, 303]:

число бит в машинном слове, которые обрабатываются параллель но при выполнении машинных команд;
числу слов , одновременно обрабатываемых вычислительной системой. Используя эту терминологию работу любого компьютера можно интерпретировать как параллельную обработку n битовых слоев. В каждом слое независимо преобразуются бит. При такой интерпретации, вторую характеристику называют шириной битового слоя.

Иcпользуя предельные верхние значения числа бит n и числа слов m, вычислительную систему можно охарактеризовать двумя числами ( ). Величина определяет интегральную характеристику потенциала параллельности P архитектуры. Эта характеристика называется максимальной степенью параллелизма вычислительной системы: . По сути, это значение характеризует пиковую производительность. Рассматривая в качестве классификационного признака вычислительных систем способ обработки информации, заложенный в их архитектуру, введенные понятия позволяют разделить все вычислительные системы на следующие классы.

Эта классификация имеет ограничения. Они связаны со способом вычисления ширины битового слоя .

В соответствии с этой классификацией отсутствуют различия между многопроцессорными системами, векторно-конвейерными компьютерами и процессорными матрицами.

Данная классификация не позволяет понять специфику той или иной высокопроизводительной вычислительной системы.

Достоинством классификации Фенга является введение единой числовой характеристики для всех типов вычислительных систем, которая позволяет сравнивать их между собой.

Из интересных видов классификации можно отметить подход Базу, который строит классификацию по последовательности решений, принимаемых на этапе проектирования архитектуры. Согласно А. Базу (A. Basu), любую параллельную вычислительную систему можно однозначно описать последовательностью решений, принятых на этапе ее проектирования, а сам процесс проектирования представить в виде дерева [42].

В корне "дерева Базу" размещается вычислительная система, последующие ярусы дерева служат для описания иерархии принятия решений

при проектировании вычислительной системы. В итоге формируется описание проектируемой системы, представляемое значениями классификационных признаков в системе Базу.

Читайте также: