1.1. Принципы фон-Неймана

Независимо от типа ЭВМ, почти все они строятся на базе принципов, сформулированных американским ученым, одним из "отцов" кибернетики Джоном фон Нейманом. Впервые они были опубликованы в 1946 г. в статье "Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства" и реализованы в машине EDSAC, построенной в Великобритании в 1949 г. EDSAC стала первой машиной с хранимой программой, то есть с программой, запомненной в памяти машины, а не считываемой с перфокарт или других подобных устройств. Суть принципов фон Неймана состоит в следующем:

1. Основными блоками вычислительной машины являются блок управления, арифметико-логическое устройство, память и устройства ввода-вывода (рисунок 1).

2. Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами.

3. ЭВМ функционирует в соответствии с алгоритмом. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, называемых командами. Совокупность команд, представляющая алгоритм, называется программой.

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема ЭВМ

4. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти.

5. Обработка информации, предписанная алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой.

Несмотря на то, что принципы фон-Неймана были сформулированы еще в середине прошлого столетия, на заре развития цифровой вычислительной техники, они являются жизненными и по настоящее время. Современные персональные ЭВМ реализованы также на основе названных принципов.

1.2. Классификация эвм

Существует достаточно много систем классификации ЭВМ (компьютеров) – классификация по назначению, по уровню специализации, по типоразмерам, по совместимости, по типу используемого процессора и др.

Наиболее часто в качестве признака классификации используется назначение ЭВМ. Это один из наиболее ранних методов классификации. По этому признаку различают: большие ЭВМ (супер-ЭВМ), мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и персональные ЭВМ (персональные компьютеры).

Большие ЭВМ (супер-ЭВМ) – это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. На базе суперЭВМ создают вычислительные центры, они могут работать с большим числом терминалов, а также могут иметь несколько процессоров (многопроцессорные архитектуры). Штат обслуживания большой ЭВМ может составлять несколько десятков человек.

Большие ЭВМ обычно устанавливают либо для того, чтобы решать на них сложные задачи, требующие большого объема памяти и машинного времени (например, задачи моделирования, численного анализа и т. д.), либо для того, чтобы параллельно обслуживать большое число терминалов, с помощью которых до ста и более пользователей могут одновременно получить доступ к машине. Обычно к большим ЭВМ дополнительно подключаются различные специальные виды внешней памяти и устройства ввода/вывода (память на лентах и дисках, графопостроители, устройства для удаленной передачи данных, алфавитно-цифровые печатающие устройства и т. д.).

Мини-ЭВМ. От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами, меньшей производительностью и стоимостью. Мини-ЭВМ используются крупными предприятиями, научными и некоторыми другими учреждениями. Часто их применяют для управления производственными процессами.

Для организации работы с мини-ЭВМ требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для супер-ЭВМ.

К микро-ЭВМ относятся небольшие размером компьютеры, не требующие для своего размещения создания вычислительных центров, а для обслуживания – большого количества обслуживающего персонала. Они в основном подходят только для одного пользователя или одного вида применений.

Микро-ЭВМ используются в измерительных комплексах, системах числового программного управления, в управляющих системах различного назначения и т. д. К ним можно отнести небольшие свободно программируемые компьютеры (например, БК-0010, БК-0011, ZX-Spectrum). Кроме этого, к микро-ЭВМ относятся большинство встроенных в какие-либо устройства вычислительных машин (например, в стиральные машины, автомобили, другие устройства, в том числе и военного назначения).

Производительность микро-ЭВМ ниже, чем у мини-ЭВМ и, уж тем более, супер-ЭВМ. Но благодаря низкой стоимости, они находят применение там, где не нужно высокое быстродействие.

В таблице 1 для сравнения приведены некоторые технические характеристики ЭВМ конца 80-х – начала 90-х годов.

Таблица 1 – Типы ЭВМ и их характеристики

	Микро-ЭВМ	Мини-ЭВМ	Большие ЭВМ
Быстродействие, операций/с	10^4 – 10^5	10^5 – 10^6	10^7– 10^9
Емкость памяти, байт	10^3 – 10^6	10^6 – 10^7	10^7 - 10^8
Разрядность (длина слова), бит	4 – 16	16 – 32	32 – 64

Персональные компьютеры. Эта категория ЭВМ получила особо бурное развитие в течение последних двадцати лет. Из названия видно, что персональный компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места (одного пользователя). Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц.

Более подробно о персональных компьютерах речь пойдет ниже. Здесь же лишь добавим, что кроме относительно низкой стоимости персональный компьютер отличают от других типов ЭВМ:

– наличие "дружественных" операционной и интерфейсной систем, которые максимально упрощают работу пользователю с компьютером;

– наличие достаточно развитого и относительно недорогого набора внешних устройств в "настольном исполнении";

– наличие аппаратных и программных ресурсов общего назначения, позволяющих решать реальные задачи по многим видам профессиональной деятельности.