4. Классификация эвм.

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

 

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают.

 

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).

 

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %).

На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

 

Две формы предоставления информации в машинах: а- аналоговая; б- цифровая импульсная.

 

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.

 

Общепринятой классификацией компьютеров является классификация по поколениям ЭВМ, в основе которой лежит элементная база.

Первое поколение - электронные вакуумные лампы (1946-до середины 50-х годов ХХ века);

Второе поколение - полупроводниковые приборы, транзисторы (до середины 60-х годов ХХ века);

Третье поколение - интегральные схемы на полупроводниковых элементах (до конца 70-х годов);

Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (с начала 80-х годов по настоящее время).

Пятое поколение отличительными чертами ЭВМ этого поколения являются новые технологии производства, переход к новым многопроцессорным архитектурам, новые способы ввода-вывода, искусственный интеллект и т.д.

 

Классификация компьютеров по назначению

Специализированные - предназначены для решения узкого круга специальных задач, например по управлению конкретными техническими устройствами, технологическими процессами (станками с числовым программным управлением, роботами и т.д.).

Универсальные - используются в различных сферах человеческой деятельности для решения самых разнообразных задач: инженерно-технических, экономических, математических, информационно-поисковых и других.

 

Традиционная классификация производится по:

производительности, функциональному назначению и размерам, которая позволяет условно выделить два класса ЭВМ: большие ЭВМ (мэйнфреймы) и персональные компьютеры (мини-ЭВМ). Для каждого класса ЭВМ отличительными признаками также являются области применения, размерность решаемых задач, организационные формы использования, особенности технической архитектуры.

 

Современные большие ЭВМ. Современные большие ЭВМ называются мэйнфреймами или суперкомпьютерами. Эти ЭВМ характеризуются наивысшим уровнем производительности и надежности, рассчитанные на практически любые уровни нагрузки, обладающие высокой устойчивостью к сбоям и авариям. Они обеспечивают решение любых задач, требующих больших вычислительных ресурсов: от метеорологических прогнозов и изучения управляемого термоядерного синтеза до исследований генома человека и разведки нефти и газодобычи.

 

Название <мэйнфрейм> (mainframe) происходит от названия корпусов центрального процессора ЭВМ IBM System/360. Именно компьютеры первых моделей семейства ЭВМ System/360, о создании которых фирма IBM объявила в 1964 году, являются родоначальниками мэйнфреймов и первыми компьютерами третьего поколения. В России аналогичная серия машин носит название машин серии ЕС.

 

При разработке мэйнфреймов особое внимание уделяется техническим и технологическим решениям, которые обеспечивают принцип параллельного (одновременного) выполнения двух или более процессов (программ). Именно возможность параллельной работы различных устройств больших ЭВМ является основой ускорения выполнения вычислительных операций. Создаваемые в настоящее время мэйнфрейм (или суперЭВМ) относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

 

Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому мэйнфрейм создается в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

 

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:

 

- магистральные(конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD - Multiple Instruction Single Data);

 

- векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными - однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD - Single Instruction Multiple Data);

 

- матричные МПВС, в которых МП одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных - многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD - Multiple Instruction Multiple Data).

 

Условные структуры однопроцессорной (SISD - Single Instruction Single Data) и названных многопроцессорных вычислительных систем показаны на рисунке ниже.

 

Крупнейшими российскими проектами в области создания суперкомпьютеров являются российский проект МВС и российско-белорусский СКИФ. Крупнейший суперкомпьютер МВС-15000ВМ отечественной разработки включает 924 процессора Power PC и имеет пиковую производительность 8100 Gflops. Суперкомпьютер установлен в Межведомственном Суперкомпьютерном центре РАН (МСЦ). Основными заказчиками машинного времени на суперкомпьютерах выступают атомная, автомобильная, судостроительная, авиационная и нефтегазовая промышленность.

 

Суперпараллельные компьютеры (massively parallel computers), схема работы которых показана на рисунке включают в себя сложнейшие цепи процессоров.

Вместо методов параллельной обработки, где небольшое количество мощных, но дорогих специализированных процессоров связаны между собой, суперпараллельные компьютеры содержат сотни и тысячи недорогих обычных процессоров.

Такие ЭВМ достигают производительности суперкомпьютеров. Например, Wal-Mart Stores использует суперпараллельную машину для учета товаров и продаж, обслуживая базу данных размером 1.8 триллионов байт.

 

 

 

Компьютерная архитектура. Сравнение последовательной, параллельной и суперпараллельной обработки данных.