🗊Презентация История компьютеров. Классификация компьютеров. Тенденции развития компьютеров

Лекция 6 История компьютеров. Классификация компьютеров. Тенденции развития компьютеров.

Классификация ЭВМ Электронная вычислительная машина (компьютер) - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. ЭВМ принято классифицировать следующим образом: по принципу действия; по поколениям; по назначению; по размерам и функциональным возможностям; по способам организации вычислительного процесса; по конструктивным особенностям.

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

Классификация ЭВМ по принципу действия 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.

Классификация ЭВМ по поколениям: первое поколение К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов, с использованием электронных ламп. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Примеры: компьютеры «Эниак», Mark-I, МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал 1-4, М-20, PDP-1. Особенности: небольшой набор команд, достаточно простая схема арифметико-логического устройства и устройства управления, отсутствие программного обеспечения, ввод-вывод с помощью перфоленты, перфокарт, магнитной ленты и печатающих устройств. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Емкость памяти – несколько десятков слов. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины.

Второе поколение ЭВМ Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 1955—65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились. Особенности: оперативная память была построена на магнитных сердечниках, высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. Примеры: PDP-8, IBM 7090, БЭСМ-6, Урал-11,14,16. Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду,  Емкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов (десятки кБ). Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.

Третье поколение ЭВМ Компьютеры третьего поколения, созданные примерно после 60-x годов — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы малой степени интеграции (до 1000 транзисторов), которые также называются микросхемами. Примеры: семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ). Особенности: развитые операционные системы, возможность мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ, управления памятью, устройствами и ресурсами средствами операционной системы. Быстродействие - от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов (сотни Кб).

Четвертое поколение ЭВМ Четвёртое поколение — это современное поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем с высокой степенью интеграции (БИС и СБИС – до сотен тысяч транзисторов) в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой. C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств.

Пятое поколение ЭВМ Компьютеры пятого поколения разрабатываются на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции. - ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; - ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы; - оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Пятое поколение ЭВМ Нейрокомпьютер - состоит из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы связаны между собой, образуя нейронную сеть. Они выполняют единообразные вычислительные действия и не требуют внешнего управления. Большое число параллельно работающих вычислительных элементов обеспечивают высокое быстродействие. Широко распространены различные высокопараллельные нейро-ускорители (сопроцессоры) для различных задач. Универсальные нейрокомпьютеры как правило, используются для специальных целей. Примеры нейрокомпьютеров: Synapse (Siemens, Германия), «Кремниевый мозг» (создан в США по программе «Электронный мозг» для обработки аэрокосмических изображений, производительность 80 Пфлопс (80*1015операций в секунду, потребляемая мощность — 20 Вт), процессор NeuroMatrix. С технической точки зрения сегодняшние нейрокомпьютеры — это вычислительные системы с параллельными потоками одинаковых команд и множественным потоком данных (MSIMD-архитектура).

Пятое поколение ЭВМ Параллельные вычислительные системы Общая классификация архитектур ЭВМ по признакам наличия параллелизма в потоках команд и данных была предложена в 70-е годы Майклом Флинном (Michael Flynn). Все разнообразие архитектур ЭВМ в этой таксономии Флинна сводится к четырем классам:

Классификация ЭВМ по области применения: Универсальные компьютеры предназначены для решения самых различных по направленности задач (инженерно-технические, экономические, математические, информационные). Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и других мощных вычислительных комплексах. Проблемно-ориентированные компьютеры предназначены для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими процессами. Такие ВМ обеспечивают регистрацию, накопление и обработку относительно небольших объемов данных, позволяют выполнять расчеты по сравнительно несложным алгоритмам, они обладают ограниченными, по сравнению с универсальными компьютерами аппаратными и программными ресурсами.

Классификация ЭВМ по области применения: Специализированные компьютеры служат для решения более узкого класса задач или даже одной задачи, требующей многократного решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации. Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать заданный класс задач наиболее эффективно.

Классификация ЭВМ по назначению: Сервер - компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. Рабочая станция - полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройства ввода-вывода, отделённые и часто удалённые от управляющего компьютера), набор необходимого ПО, по необходимости дополняемые вспомогательным оборудованием. Персональный компьютер - компьютер, предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности которого удовлетворяют запросам большого количества людей.

Классификация ЭВМ по размеру и функциональным возможностям: 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, поэтому серверы имеют несколько резервных дублирующих систем хранения данных, электропитания, возможность замены неисправных блоков без прерывания работы. Серверы могут содержать от нескольких процессоров до нескольких десятков процессоров.

Классификация ЭВМ по размеру и функциональным возможностям: 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.

Классификация ЭВМ по размеру и функциональным возможностям: Суперкомпьютеры Это большие компьютеры, которые создаются для задач, требующих больших вычислений, таких как определение координаты далекой звезды или галактики, моделирования климата, составления карт нефтяных и газовых месторождений и т.д. Суперкомпьютеры - это штучный продукт, они создаются для решения конкретных задач заказчика, но его составляющие элементы являются серийными. Суперкомпьютеры состоят из сотен процессоров, имеют большую оперативную память и высокое быстродействие. Многопроцессорная вычислительная система ИТА ЮФУ HP BladeSystem: 2048 вычислительных ядер (AMD), оперативная память - 4 TB, производительность МВС в пике - 18,8 TFlops. Вычислительный кластер кафедры МОП ЭВМ HP BladeSystem: 28 вычислительных ядер (Intel), оперативная память 56 Гб.

Классификация ЭВМ по размеру и функциональным возможностям:  Персональные компьютеры - это компьютеры, которые могут использоваться одним человеком автономно, независимо от других компьютеров. Персональные компьютеры могут быть настольными, переносными и карманными. По технологической совместимости персональные компьютеры бывают IBM PC-совместимыми и Macintosh-совместимыми. Настольные персональные компьютеры состоят из системного блока, к которым подключаются внешние устройства: монитор и клавиатура (обязательно) и др. Переносные персональные компьютеры Первые переносные компьютеры называли лаптопы (laptop - лежащий на коленях). Современные переносные компьютеры называют английским словом "ноутбук" или блокнотный компьютер.

Классификация ЭВМ по размеру и функциональным возможностям: Наладонные персональные компьютеры (handhold computers) Карманные переносные компьютеры помещаются на ладони и их так и называют – наладонники (по-английски – palm-top –лежащий на ладони). В этих компьютерах программы занесены в микросхемы. 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.

Классификация ЭВМ по размеру и функциональным возможностям: Разновидностью карманных компьютеров являются PDA (personal digital assistant - личный цифровой ассистент). Они не имеют клавиатуры, оснащены сенсорным экраном и информация вводится на экран при помощи специальной указки-стека. Сегодня наиболее популярны устройства, сочетающие возможности PDA и сотового телефона – смартфоны и планшетные ПК.