2.7. Классификация компьютеров

Класс– множество объектов, обладающих определенными свойствами. Класс объектов выделяется, когда определены свойства, позволяющие относить каждый объект к определенному классу. Наиболее существенными свойствами компьютеров являются их области применения, определяемые множеством задач, для решения которых создаются компьютеры, и производительность компьютеров, определяемая количеством вычислительной работы, выполняемой за единицу времени.

Классификация компьютеров по областям применения

Как отмечалось в разделе 1.1., компьютеры можно подразделять на два класса:компьютеры общего примененияиспециализированные компьютеры(рис. 2.7.1.).

Компьютеры общего применения подразделяются на три класса:

• Персональные компьютеры;

• Серверы;

• Главные компьютеры.

Персональные компьютеры (ПК)предназначены для информационного обслуживания одного пользователя и имеют соответствующий набор ресурсов: процессор, оперативную, внешнюю и, возможно, архивную память, комплект устройств для ввода и вывода данных и канал связи для обмена данными с внешней средой – электронной почты и обращения к возможностям глобальной сети передачи данныхINTERNET.Начиная с 1999 года ПК подразделяются на три основных класса (сегмента):

• Базовый;

• Для досуга;

• Рабочие станции.

Базовый ПКпредназначен для работы в офисной среде (в составе локальной сети передачи данных) или в качестве потребительского ПК, подключаемого к глобальной сети передачи данных. Базовые ПК требуют процессор с тактовой частотой от 300 МГц, кэш-память от 128 Кбайт, оперативную память 32-64 Мбайта и относительно небольшой набор периферийных устройств, обеспечивающий обслуживание пользователя, работающего в составе отдела.

ПК для досуга и развлеченийтребуют не менее 64 Мбайт оперативной памяти и развитую систему вывода информации, в том числеTV-вход-выход, монитор с большим экраном и хорошую звуковую систему.

Рабочие станциина базе ПК предназначены для обслуживания пользователей, профессионально обрабатывающих графическую информацию, т.е. работающих с текстами, рисунками, фотографиями, чертежами и т.д. ПК такого класса требуют процессор уровня 400 МГц и многопроцессорную конфигурацию, емкость кэш-памяти на уровне 512 Кбайт на каждый процессор, оперативную память на уровне 512 Мбайт – 2 Гбайт и соответствующую подсистему ввода-вывода графической информации.

Сервер– компьютер, предназначенный для информационного обслуживания группы пользователей. Типичный сервер имеет не менее двух процессоров и сохраняет работоспособность при одном работающем процессоре, развитую систему памяти, содержащую несколько запоминающих устройств на магнитных дисках, сетевой адаптер для ввода-вывода данных, поступающих от периферийных персональных компьютеров, и комплект устройств для управления работой сервера. Типичная схема подключения сервера к системе персональных компьютеров представлена на рис. 2.7.2.

Сервер взаимодействует с персональными компьютерами через сеть передачи данных, к которой сервер подключен с помощью сетевого адаптера, преобразующего последовательности сигналов интерфейса ввода-вывода сервера в последовательности сигналов, соответствующих стандартам сети передачи данных.

Основное назначение сервера – хранение баз данных и приложений, используемых для работы с базами данных. Взаимодействия сервера с конечными пользователями, работающими за персональными компьютерами, сводятся к обеспечению доступа к сегментам данных, выбираемых из заданных баз данных, обработки выбранных сегментов данных с помощью приложений, реализующих требуемые алгоритмы. При этом используются следующие способы обработки данных:

1. Требуемый сегмент данных и требуемое приложение выделяются и обрабатываются сервером, а персональный компьютер используется для ввода и вывода данных;

2. Требуемый сегмент данных выделяется сервером, передается для обработки в персональный компьютер и обрабатывается заданным приложением;

3. Требуемый сегмент данных и соответствующие приложения передаются в персональный компьютер для последующей обработки.

Выбор способа обработки данных зависит от большого числа факторов, основным из которых является соотношение системной производительности сервера, системы передачи данных, связывающих сервер с персональным компьютерами, и распределением интенсивностей обработки по совакупности персональных компьютеров. Компьютерные системы, обрабатывающие данные с использованием сервера, называются клиент-серверными системами. При этом к клиентам относится совокупность пользователей, имеющих доступ к серверу по сети передачи данных.

В зависимости от производительности серверы подразделяются на следующие классы (см. рис. 2.7.1.):

• Серверы подразделений;

• Серверы предприятий;

• Серверы корпораций.

Серверы подразделенийслужат для информационного обслуживания служб и отделов предприятий, содержащих несколько десятков компьютеров. Серверы подразделений, как правило, являются двухпроцессорными, имеют оперативную память емкостью 128-512 Мбайт, как минимум два накопителя на магнитных дисках, адаптер для связи с сетью передачи данных, клавиатуру, мышь и монитор для управления сервером.

Серверы предприятийв зависимости от масштаба предприятия содержат от 4 до 8 процессоров, каждый из которых имеет оперативную память 256-1024 Мбайта и соответствующую кэш-память, не менее четырех накопителей на магнитных дисках и высокоскоростную аппаратуру для передачи данных по каналам связи.

Серверы корпорацийиспользуются для информационного обслуживания совокупности предприятий, расположенных в различных точках пространства, т.е. для управления деятельностью распределенной в пространстве совакупности предприятий. В серверах корпораций формируются базы данных, необходимые для анализа эффективности деятельности и стратегического управления деятельностью корпорации. В качестве первичных данных в серверах корпораций используются, например, данные о еженедельном обороте товаров и услуг, поставляемых корпорацией, затратах труда на выпуск товаров и предоставление услуг, котировки акций предприятий корпорации и отраслей, с которыми связана деятельность корпорации, и деловые данные о проектах развития корпорации. Серверы корпораций являются многопроцессорными системами и содержат от 4 до 16 процессоров. Каждый процессор имеет емкость оперативной памяти 512-2048 Мбайт и кэш-память емкостью 1-2 Мбайт. Серверы корпораций оснащаются развитыми системами накопителей на магнитных дисках, обеспечивающими высокую надежность хранения данных.

Серверы предприятий и корпораций строятся обычно по многокомпьютерной схеме, обеспечивающей создание систем с высокой устойчивостью к аппаратурным сбоям и отказам. Устойчивость обеспечивается, во-первых, за счет того, что каждый сервер имеет операционную систему, реагирующую на отказы таких компонентов как процессор, накопитель на магнитных дисках, источник питания и т.д. Отказ

компонента приводит к исключению его из работающих ресурсов сервера и запуску программы, перераспределяющей нагрузку на оставшиеся ресурсы. В результате перераспределения нагрузки обработка транзакции будет выполнена повторно от момента ее запуска. Во-вторых, устойчивость к отказам достигается за счет параллельного включения двух серверов с использованием операционной системы, распределяющей нагрузку между ресурсами. При отказе компонента, в том числе и сервера, операционная система перераспределяет нагрузку и повторно запускает процессы, при выполнении которых произошел отказ. За счет этого надежность систем может быть увеличена до уровня 0,999-0,99999.

Главные компьютеры(см. рис. 2.7.1.) – большие компьютерные системы, управляемые как единое целое от консоли оператора компьютера. Главные компьютеры широко применяются для научно-технических расчетов. Эти компьютеры на мультипроцессорной основе и обеспечивают обработку векторов или матриц. К главным компьютерам подключается через сеть передачи данных система персональных компьютеров, обеспечивающая программирование задач и ввод-вывод данных. В качестве главных компьютеров могут использоваться и компьютеры коммерческого назначения, обеспечивающие хранение и селективный доступ к большим объемам данных через сетьINTERNETили сети специального применения.

Специальные компьютеры(см. рис. 2.7.1) – предназначены для встраивания в системы различного назначения для контроля и управления промышленными, транспортными, и прочими объектами. Специальные компьютеры состоят из процессора, системы первичных датчиков, исполнительных блоков, управляемых сигналами компьютера, и, возможно, блоков ввода, отображения и передачи данных по каналам связи. Главная особенность большинства специальных компьютеров – наличие постоянной или перезаписываемой памяти для хранения в ней программ, управляющих работой компьютера. В зависимости от сферы применения выделяют следующие классы специальных компьютеров:

• контроллеры;

• сигнальные процессоры;

• промышленные персональные компьютеры и прочие.

Контроллеры– специальные компьютеры, содержащие каналы ввода и вывода данных. Контроллеры представляют собой одну большую интегральную схему и обеспечивают выполнение операций над целыми числами, а в ряде применений и над числами с плавающей запятой. Операнды, как правило, являются короткими и имеют длину от 8 до 32 бит. Стоимость контроллеров невелика и составляет от десятков центов до нескольких долларов.

Сигнальные процессорыслужат для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени. Основное назначение сигнальных процессоров фильтрация сигналов, вычисление значений корреляционной функции двух сигналов, Фурье-преобразование сигнала и т.д. Стоимость сигнальных процессоров существенно зависит от тактовой частоты процессора и функциональных возможностей – обработки сигналов в форму с фиксированной или плавающей запятой.

Промышленные персональные компьютерысущественно отличаются от обычных персональных компьютеров своим конструктивным исполнением, которое должно гарантировать безотказность компьютера при работе не в офисных условиях, а совместно с промышленным, транспортным и другим оборудованием в условиях высоких вибраций, ударных нагрузок, широких диапазонах температур и т.д.

К классу прочих специальных компьютеровбудем относить все «экзотические» специальные компьютеры, которые не могут быть отнесены к ранее перечисленным классам специальных компьютеров, в том числе компьютеры, содержащие значительную долю аналоговых устройств.