2. Поколения компьютеров
По этапам создания и используемой элементной базе компьютеров условно делятся на поколения:
1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;
2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (тран-
зисторах);
3-е поколение, 70-е гг.: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном
корпусе);
Примечание. Интегральная схема - электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.
4-е поколение, 80-е гг.: компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кри- сталле);
5-е поколение, 90-е гг.: компьютеры с многими десятками параллельно работаю-
щих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-
векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;
6-е и последующие поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым парал-
лелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (де- сятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейрон- ных биологических систем.
Каждое следующее поколение компьютеров имеет по сравнению с предшествую- щим существенно лучшие характеристики. Так, производительность компьютера и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.
3. Классы компьютеров
Существование различных типов компьютеров определяется различием задач, для решения которых они предназначены. С течением времени появляются новые типы задач, что приводит к появлению новых типов компьютеров. Поэтому при- веденное ниже деление очень условно.
В самой верхней строчке таблицы находятся «одноразовые» компьютеры – микросхемы, которые приклеиваются на внутреннюю сторону поздравительных открыток для проигрывания мелодий типа «Happy Birthday», свадебного марша или чего-нибудь подобного.
Вероятно, наиболее значимым достижением в этой области стало появление микросхем RFID (Radio Frequency Identification — радиочастотная идентифика-
ция). Теперь на безбатарейных микросхемах этого типа толщиной меньше 0,5 мм и себестоимостью в несколько центов устанавливаются крошечные приемопере- датчики радиосигналов; кроме того, им присваивается уникальный 128-разрядный идентификатор. При получении импульса с внешней антенны они за счет доста- точно длинного радиосигнала отправляют ответный импульс со своим номером. В отличие от размера микросхем, спектр их практического применения весьма зна- чителен: снятие штрих-кодов с товаров в магазинах, установка на транспортных средствах, определение цвета кузовов автомобилей перед их покраской в цехе, изучение миграции животных, указание температурного режима стирки предметов одежды и т. д.
Вторая категория в таблице отведена под компьютеры, которыми оснащаются разного рода бытовые устройства. Такого рода встроенные компьютеры, назы- ваемые также микроконтроллерами, выполняют функцию управления устройст- вами и организации их пользовательских интерфейсов. Это: бытовые приборы (будильники, стиральные машины, сушильные аппараты, микроволновые печи, охранные сигнализации); коммуникаторы (беспроводные и сотовые телефоны, факсимильные аппараты); периферийные устройства (принтеры, сканеры, моде- мы, приводы CD-ROM); развлекательные устройства (видеомагнитофоны, DVD- плееры, музыкальные центры, МРЗ-плееры, телеприставки); формирователи изо- бражений (телевизоры, цифровые фотокамеры, видеокамеры, объективы, фотоко- пировальные устройства); медицинское оборудование (рентгеноскопические ап- параты, томографы, кардиомониторы, цифровые термометры); военные комплек- сы вооружений (крылатые ракеты, межконтинентальные баллистические ракеты, торпеды); торговое оборудование (торговые автоматы, кассовые аппараты); иг- рушки (говорящие куклы, приставки для видеоигр, радиоуправляемые машинки и лодки).
Все микроконтроллеры можно разделить на два типа: универсальные и специ- альные. Первые фактически являют собой обычные компьютеры, уменьшенные в размере. Специальные же микроконтроллеры отличаются индивидуальной архи- тектурой и набором команд, приспособленным для решения определенного круга задач, например, связанных с воспроизведением мультимедийных данных.
Следующая категория — игровые компьютеры. Это, по существу, обычные компьютеры, в которых расширенные возможности графических и звуковых кон- троллеров сочетаются с ограничениями по объему ПО и пониженной расширяемо- стью.
Чтобы получить представление об игровых компьютерах, приведу конфигу-
рации трёх популярных моделей этой категории. Первая из них — Sony PlayStation
2. В ней установлен 128-разрядный специализированный RISC-процессор с такто- вой частотой 296 МГц (он называется Emotion Engine) на базе архитектуры MIPS IV. Кроме того, PlayStation 2 оснащается модулем памяти емкостью 32 Мбайт,
специальной графической микросхемой на 160 МГц, 48-канальной звуковой пла-
той и DVD-приводом. Вторая рассматриваемая модель — Microsoft XBOX. В ней устанавливается процессор Intel Pentium III на 733 МГц, 64 Мбайт памяти, графи- ческая микросхема 300 МГц, 256-канальная звуковая микросхема, DVD-привод и жесткий диск емкостью 8 Гбайт. Наконец, третья модель называется Nintendo GameCube. Она комплектуется 32-разрядным процессором Gekko с тактовой час- тотой 485 МГц (он представляет собой модификацию RISC-процессора IBM PowerPC), памятью объемом 24 Мбайт, графической микросхемой на 200 МГц, 64- канальной звуковой микросхемой и фирменным оптическим диском емкостью 1,5
Гбайт.
Основное различие между игровыми компьютерами и ПК состоит не в произ- водительности процессора, а в том, что игровые компьютеры представляют собой закрытые, законченные системы. Расширяемость таких систем при помощи смен- ных плат не предусмотрена, хотя в некоторых моделях наличествуют интерфейсы USB и Fire Wire.
В следующую категорию входят персональные компьютеры. Именно они ассоциируются у большинства людей со словом «компьютер». Персональные компьютеры бывают двух видов: настольные и портативные (ноутбуки). Как правило, те и другие комплектуются модулями памяти общей емкостью в сотни мегабайтов, жестким диском с данными на несколько десятков гигабайтов, приво- дом CD-ROM/DVD, модемом, звуковой картой, сетевым интерфейсом, монитором с высоким разрешением и рядом других периферийных устройств. На них уста- навливаются сложные операционные системы, они расширяемы, при работе с ни- ми используется широкий спектр программного обеспечения. Некоторые специа- листы называют «персональными» компьютеры с процессорами Intel, отделяя их тем самым от компьютеров, оснащенных высокопроизводительными RISC- микросхемами (такими как Sun UltraSPARC), которые в таком случае именуются
«рабочими станциями». На самом деле, особой разницы между этими двумя типа-
ми нет.
Центральным компонентом любого персонального компьютера является пе- чатная плата, на которой устанавливаются модули процессора, памяти и устройств ввода-вывода (как-то: звуковая плата и модем), интерфейсы клавиатуры, мыши, дискового привода, сетевой платы и прочих периферийных устройств, а также расширительные гнезда.
Ноутбуки, кроме своей компактности, ничем не отличаются от настольных ПК. В них устанавливаются аналогичные, хотя и меньшие по размеру, аппаратные компоненты. По возможностям выполнения и набору программ настольные и пор- тативные компьютеры не различаются.
К персональным очень близки карманные компьютеры (PDA). Они еще меньше, чем ноутбуки, однако процессор, память, клавиатура, дисплей и боль-
шинство других стандартных компонентов персонального компьютера в них при-
сутствуют.
Особую интенсивно развивающуюся группу компьютеров образуют много- пользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях, - серверы. Компьютер, работающий в локальной или глобальной сети, может специализиро- ваться на оказании информационных услуг другим компьютерам, на обслужива- нии других компьютеров. Такой компьютер и называется сервером от английско- го слова serve (в переводе - обслуживать, управлять).
Сервер – выделенный для обработки запросов от всех станций вычислитель- ной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим систем- ным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам про- грамм, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы. Такой универ- сальный сервер часто называют сервером приложений.
Серверы в сети часто специализируются. В классе серверов выделяется под- класс суперсерверов, необходимых в тех случаях, когда, с одной стороны, жела- тельна централизация данных, а с другой стороны, к этим данным необходимо обеспечить доступ очень большому количеству потребителей. Специализирован- ные серверы используются для устранения наиболее "узких" мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоад- ресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользова- тельскими терминалами (принтеры, плоттеры) и др.
• Файл-сервер (File Server) используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID.
Основная задача, решаемая файловыми серверами, - организация хранения, доступа и обмена данными (информацией) между компьютерами, людьми и дру- гими источниками и поставщиками информации.
• Архивационный сервер (сервер резервного копирования, Storage Express System) служит для резервного копирования информации в крупных много- серверных сетях; обычно выполняет ежедневное автоматическое архивиро- вание со сжатием информации от серверов и рабочих станций по сценарию, заданному администратором сети.
• Факс-сервер (Net SatisFaxion) - выделенная рабочая станция для организа- ции эффективной многоадресной факсимильной связи с несколькими фак- смодемными платами, со специальной защитой информации от несанкцио- нированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электрон- ных факсов.
• Почтовый сервер (Mail Server) - то же, что и факс-сервер, но для организа-
ции электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.
• Сервер печати (Print Server, Net Port) предназначен для эффективного ис-
пользования системных принтеров.
• Сервер телеконференций имеет систему автоматической обработки видео-
изображений и др.
Host-сервер (коммутационная машина) – сервер, установленный в узлах сети и решающий вопросы коммутации и доступа к сетевым ресурсам: модемам, факс- модемам, серверам и др. Host-сервер осуществляет приём сообщений, сборку, пра- вильность передачи, маршрутизацию, разборку и передачу сообщения.
В последние годы появилась практика их объединения в рамках кластеров ра-
бочих станций (Clusters Of Workstations, COW), которые иногда называют просто
«кластерами». Они состоят из нескольких персональных компьютеров или рабо- чих станций, подключенных друг к другу по высокоскоростной сети и снабжен- ных специальным программным обеспечением, которое позволяет направлять их ресурсы на решение единых задач (как правило, научных и инженерных).
Нередко в виде кластеров организуются Web-серверы. Кластеры, реализую-
щие такую схему, часто называют серверными фермами (server farms).
Мэйнфреймы – это большие, мощные, высокопроизводительные компьюте- ры со значительным объёмом внешней и оперативной памяти. Обычно они рабо- тают не намного быстрее, чем мощные серверы, но у них выше скорость процес- сов ввода-вывода и обладают они довольно большим пространством на диске — 1
Тбайт и более (1 терабайт = 1012 байт).
До последнего времени существовала еще одна крупная категория компьюте- ров — суперкомпьютеры. Их процессоры работали с очень высокой скоростью, в них устанавливались модули памяти общей емкостью в несколько десятков гига- байтов, высокоскоростные диски и сетевые интерфейсы.
Сейчас, когда вычислительные возможности, аналогичные тем, что предлагают суперкомпьютеры, реализуются в виде кластеров, эта категория компьютеров по- степенно отмирает.