ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

    КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ

    ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 
 
 

    КУРСОВАЯ  РАБОТА

    по дисциплине «Информатика»

    На  тему: «Классификация компьютеров и  их систем» 
 
 
 
 

       Исполнитель:

       Изергина  Ольга Валерьевна

       Специальность БУАиА

       Группа  2вБУ-1

       № личн. дела  06УББ03633 

       Руководитель:

       профессор

       Анферов Михаил Анисимович  
 
 
 
 

    Уфа 2008

     Введение

    На  сегодняшний день сложно представить  себе решение сложных вычислительных задач и выполнение операций, которые, на первый взгляд, совсем не связаны с числами, без помощи ЭВМ. Необходимость в расчётах существовала во все времена.

    Первоначальный  компьютер (от англ. Computer - «вычислитель», «расчетчик») предназначался для выполнения сложных однообразных вычислений. История современной вычислительной техники насчитывает чуть более полувека, но первым  механическим компьютером считают абак (который иногда ассоциируется с обычными счетами), упоминание о нём встречается ещё до новой эры. Этот компьютер имел память – костяшки на счетах, а для сложения и вычитания «использовался» человек, он производил вычисления, двигая костяшки. Поразрядное сложение, как сложение в столбик, на счетах выполнять удобнее, чем в уме, поэтому они не утратили своей вычислительной «мощи» и по сей день.

    Цель  изучения темы – освоение понятий, используемых в курсе информатики  и относящихся к устройствам  и принципам работы электронных  вычислительных машин (ЭВМ или компьютера) и вычислительных систем (ВС).

    В данной курсовой я постараюсь выделить несколько классификаций в зависимости  от сторон, с каких можно посмотреть на компьютер.

    Данную  тему раскрывают такие вопросы как:

• Принципы классификации компьютеров;
• Этапы развития компьютера;
• Классификация по архитектуре;
• Классификация по производительности;
• Основные разновидности портативных компьютеров.

    В данной курсовой также рассматривается  экономическая задача, которая решена с помощью ППП (MS EXCEL). Эта задача о расчете стоимости телефонных переговоров для абонентов ОАО «Ростелеком».

    Для выполнения курсовой работы использовался  ПК со следующими характеристиками:

    ОС: Microsoft Windows XP Professional

    ЦП: Intel (R) Celeron (TM), тактовая частота 1200 МГц

    ОЗУ: 256 Мбайт

    1. Классификация компьютеров и их систем

1. Принципы  классификации компьютеров

    Компьютер (англ. computer — «вычислитель») представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

    Существует  два основных класса компьютеров:

• цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов;
• аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.

    Существуют  различные классификации компьютерной техники:

• по этапам развития (по поколениям);
• по архитектуре;
• по производительности;
• по условиям эксплуатации;
• по количеству процессоров;
• по потребительским свойствам и т.д. [2, c.79]

2. Этапы развития компьютера

    Деление компьютерной техники на поколения  — весьма условная, нестрогая классификация  вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с  компьютером.

    Идея  делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования. [1, c.26]

    К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. 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.

    Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического  устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

    Быстродействие  порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Но это только техническая сторона. Очень важна и другая — способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности математического обеспечения. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным повремени.

    Несмотря  на ограниченность возможностей, эти  машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

    Опыт  использования машин первого  поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым  на разработку программ, и временем счета.

    Эти проблемы начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования.

    Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров. Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

    Второе  поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

    Быстродействие  — до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов.

    Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.

    Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

    Появился  широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

    Операционная  система — важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.

    Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера.

    Для некоторых машин второго поколения  уже были созданы операционные системы  с ограниченными возможностями.

    Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

    Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры. [2, c. 82]

    Машины  третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

    Машины  третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

    Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

    Быстродействие  машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов  операций в секунду. Ёмкость оперативной  памяти достигает нескольких сотен  тысяч слов.

    Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

    Наиболее  важный в концептуальном отношении  критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что  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 в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.

    C точки зрения структуры машины  этого поколения представляют  собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

    Для них характерны:

• применение персональных компьютеров;
• телекоммуникационная обработка данных;
• компьютерные сети;
• широкое применение систем управления базами данных;
• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

    Разработка  последующих поколений компьютеров  производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

    В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки  данных к обработке знаний. [2, c.84]

3. Классификация по архитектуре

    Архитектура компьютеров будущего поколения  будет содержать два основных блока. Один из них — это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином "интеллектуальный интерфейс". Его задача — понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

    По  условиям эксплуатации компьютеры делятся  на два типа:

• офисные (универсальные);
• специальные.

    Офисные предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации.

    Cпециальные  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.

    Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в неотапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п. Существует много моделей таких компьютеров. [6, c.110]

4. Классификация по производительности

    По  производительности и характеру  использования компьютеры можно  условно подразделить на:

• микрокомпьютеры, в том числе — персональные компьютеры;
• миникомпьютеры;
• мэйнфреймы (универсальные компьютеры);
• суперкомпьютеры.

    Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.

    Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько  микропроцессоров.

    Производительность  компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.

    Микрокомпьютеры представляют собой инструменты  для решения разнообразных сложных  задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 - 10 миллионов операций в сек.

    Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.

    Персональные  компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры  универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые  одним человеком.

    В класс персональных компьютеров  входят различные машины — от дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в

качестве  дисплея, до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в десятки Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.

    Персональный  компьютер должен удовлетворять  следующим требованиям:

• стоимость от нескольких сотен до 5-10 тысяч доллаpов;
• наличие внешних ЗУ на магнитных дисках;
• объём оперативной памяти не менее 4 Мбайт;
• наличие операционной системы;
• способность работать с программами на языках высокого уровня;
• ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях).

    Миникомпьютерами  и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке, т.е. занимающие объём порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.

    Мэйнфреймы  предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 - 300 рабочих мест.

    Централизованная  обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5 – 6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе.

    Известный мэйнфрейм S/390 фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объём оперативного хранения достигает 342 Терабайт.

    Производительность  его процессоров, пропускная способность  каналов, объём оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих  мест в диапазоне от 20 до 200000 с  помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей.

    Десятки мэйнфреймов могут работать совместно  под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.

    Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).

    Наиболее  распространённые суперкомпьютеры  — массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованную систему памяти.

    В качестве примера рассмотрим характеристики многоцелевого массово-параллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 Мгц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность 1,34 Терафлоп (1 Терафлоп равен 1012 операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски ёмкостью 2,25 Терабайт.

    Система весит 44 тонны (кондиционеры для неё  — целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 кВт.

    Суперкомпьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.

    Элементная  база — микросхемы сверхвысокой степени  интеграции. [4, С. 208-211]

5. Основные разновидности портативных компьютеров

    Портативные компьютеры обычно нужны руководителям  предприятий, менеджерам, учёным, журналистам, которым приходится работать вне  офиса — дома, на презентациях или  во время командировок.

    Laptop (наколенник, от lap — «колено» и top — «поверх»). По размерам близок к обычному портфелю. По основным характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует настольным ПК. Сейчас компьютеры этого типа уступают место ещё меньшим.

    Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к книге крупного формата. Помещается в портфель-дипломат. Для связи с офисом его обычно комплектуют модемом. Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD-ROM.

    Многие  современные ноутбуки включают взаимозаменяемые блоки со стандартными разъёмами. Такие модули предназначены для очень разных функций. В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на магнитных дисках, запасную батарею или съёмный винчестер. Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании. Даже если он получает энергию от обычной электросети, в случае какого-либо сбоя он мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.

    Palmtop (наладонник) — самые маленькие современные персональные компьютеры. Умещаются на ладони. Магнитные диски в них заменяет энергонезависимая электронная память. Нет и накопителей на дисках — обмен информацией с обычными компьютерами идет линиям связи. Если Palmtop дополнить набором деловых программ, записанных в его постоянную память, получится персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant). [5, с.128]

     1.6. Перспективы развития компьютеров и их систем

    В XXI в. предполагается переход к компьютерам пятого поколения, к новым архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта.

    Тактовая  частота Pentium V составит 5-7 гигагерц, объём КЭШа второго уровня — два мегабайта. Процессор будет изготовлен по 90-нанометровому технологическому процессу. Устройство процессора позволяет крепить к нему дополнительный модуль, обеспечивающие 64-битные расширения. Три концептуальные модели Pentium V были представлены на выставке Computex на Тайване. Следующий процессор Pentium VI Nehalem ожидается. Похоже, идея заключается в том, чтобы, приобретая 32-х битный модуль, пользователь мог при необходимости наращивать его для получения 64-х битного процессора. Pentium V сможет работать с частотой системной шины до 4000 МГц, хотя столь высокая частота может быть отложена для последующих процессоров, таких как Nehalem.

    Разработка  последующих поколений компьютеров  производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути «интеллектуализации» компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером.

    Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них - собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый "интеллектуальным интерфейсом". Задача интерфейса - понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.

    Основные  требования к компьютерам 5-го поколения:

• создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов);
• Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;
• Создание новых технологий в производстве вычислительной техники;
• Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

    Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

     Заключение

    Четких  границ между классами компьютеров  не существует. По мере совершенствования  структур и технологии производства появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов значительно изменяются.

    В своей работе я попыталась рассмотреть различные классификации компьютерной техники: по этапам развития (по поколениям); по архитектуре; по производительности; по условиям эксплуатации; по количеству процессоров; по потребительским свойствам и т. д.