Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Классификация ЭВМ. 3

Классификация ЭВМ.

Под ЭВМ понимают совокупность электронно-вычислительных средств, соединённых необходимым образом, способных получать, запоминать, преобразовывать и выдавать информацию с помощью вычислительных и логических операций по определённому алгоритму или программе.

Исторически наибольшее распространение (в силу своих преимуществ) получили цифровые ЭВМ, оперирующие с дискретной (цифровой) информацией. Поэтому при использовании термина "ЭВМ" обычно подразумевают класс цифровых ЭВМ как наиболее важный.

Основу ЭВМ составляют их технические средства (ТС), под которыми понимается физическое оборудование, участвующее в автоматизированной обработке данных.

Известно, что для выполнения автоматизированной обработки данных в состав ЭВМ включают ряд центральных и периферийных устройств, каждое из которых выполняет вполне законченные функции, т.е. является функционально законченной частью технического средства.

К центральным относят, как правило, следующие основные устройства: арифметико-логическое (АЛУ), центрального управления (ЦУУ) и пульт управления и сигнализации (ПУиС), образующие в совокупности процессор, а также основную (оперативную) память, реализуемую в виде оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Схемотехнически центральные устройства обычно представляют собой более или менее однородные повторяющиеся структуры и реализуются в основном на электронных элементах (микросхемах, транзисторах и т.п.) в виде определённых конструктивов (электронных узлов).

К периферийным относятся внешние запоминающие устройства (ВЗУ), представляющие собой накопители информации, работающие на различных физических принципах, например с использованием магнитных, оптических, бумажных и других носителей информации, а также устройства ввода (УВв) и вывода (УВ) информации. Номенклатура периферийных устройств, используемых в составе современных ЭВМ, достаточно широка: накопители, дисплеи, печатающие устройства, клавиатуры, сканеры, графопостроители и т.п. Значительная часть периферийных устройств наряду с электронными схемами содержит электромеханические и механические узлы, достаточно сложные в конструктивном отношении.

В совокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией, обслуживающим персоналом и другими компонентами современные технические средства ЭВМ позволяют создавать мощные вычислительные системы различного назначения: автоматизированной обработки данных, управления, автоматизации проектирования и производства, обучения и др.

Сферы применения ЭВМ непрерывно расширяются. Современные ЭВМ используются практически во всех отраслях народного хозяйства.

Многообразие сфер применения и видов ЭВМ порождает и большое количество признаков, по которым осуществляется классификация ЭВМ. К таким признакам можно отнести:

принцип действия;
назначение ЭВМ;
технические характеристики;
объект установки;
условия эксплуатации и обслуживания;
применяемую элементную и конструктивную базу;
экономические факторы и др.

Возможное влияние этих факторов должно учитываться при проектировании и производстве ЭВМ.

Наиболее целесообразны укрупнённая классификация по ограниченному числу признаков, поскольку только такая классификация позволяет выделять основные отличительные признаки ЭВМ различных классов, групп, видов и категорий.

По принципу действия различают цифровые, аналоговые, аналогово-цифровые ЭВМ. Цифровые ЭВМ оперируют с сигналами, представленными в цифровой форме, аналоговые используют аналоговые сигналы, аналогово-цифровые - комбинацию этих принципов. Естественно, что основным отличительным признаком данных ЭВМ является вид элементной базы.

По назначению подразделяют ЭВМ общего назначения, специализированные, персональные. Управляющие и контрольные.

ЭВМ общего назначения (универсальные) ориентированы на выполнение широкого круга задач (математических, инженерных и экономических), выполняемых по любому алгоритму. В связи с этим ЭВМ общего назначения имеют, как правило, архитектуру, позволяющую подключать разнообразные периферийные устройства. Изменяя их количество и технические параметры, можно обеспечить разнообразие видов систем обработки данных и режимов взаимодействия с пользователем. В силу указанных обстоятельств такие ЭВМ должны иметь высокую производительность вычислений при низкой стоимости. Обеспечение минимальных габаритных размеров, массы и энергопотребления при проектировании является особенно критичным.

Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга специальных задач наиболее эффективным способом. Как правило, такие ЭВМ имеют меньше электронного оборудования, содержат определённые ограничения на обработку информации, а значит, в большинстве случаев проще и дешевле универсальных.

Персональные ЭВМ предназначены для эксплуатации их пользователем самостоятельно, без помощи профессионального программиста. К ним в настоящее время относят ЭВМ, обладающие полным набором соответствующих признаков:

развитым человеко-машинным интерфейсом, обеспечивающим простое управление ЭВМ непрофессиональным пользователем;
большим числом готовых программных средств прикладного характера, избавляющих пользователя от необходимости разрабатывать программы самостоятельно;
наличием малогабаритных накопителей информации значительной ёмкости на сменных носителях, обеспечивающих взаимозаменяемость и эксплуатацию новых программных средств;
малыми габаритными размерами и массой, позволяющими устанавливать ЭВМ на любом рабочем месте, а также малым энергопотреблением;
низкой стоимостью и широкой доступностью;
эргономичностью конструкции, привлекательностью формы, цвета и т.д.

Управляющие ЭВМ используются для управления различными объектами и технологическими процессами. Характерная особенность этих ЭВМ состоит в получении информации о действительном состоянии управляемого объекта от датчиков, установленных непосредственно на объекте. При этом важное значение для управляющих ЭВМ имеют высокая надёжность функционирования.

Контрольные ЭВМ применяются при построении контрольно-измерительной аппаратуры.

По области применения различают общетехнические, профессиональные, бытовые и другие ЭВМ.

Если общетехнические ЭВМ применяются для решения общетехнических, научных, инженерных и экономических задач, то профессиональные ЭВМ ориентированны на применение специалистами в конкретных областях и научными сотрудниками. Профессиональные ЭВМ обычно отличаются большой вычислительной мощностью и оснащается комплектом производительного периферийного оборудования.

Бытовые ЭВМ используются в повседневной жизни людей, например для управления бытовой техникой, для игр и т.д.

По совокупности технических характеристик (производительности, объёму памяти, принципу реализации, характеру применения, стоимости, габаритным размерам, и др.) различают высокопроизводительные, сверхвысокопроизводительные, средние, малые (мини-) и микроЭВМ.

Высокопроизводительные ЭВМ предназначены для решения задач комплексного проектирования и использования в системах управления высшего звена. Они условно характеризуются производительностью свыше 1 млн. оп/с, имеют предельный объём оперативной памяти и расширенную конфигурацию подсистемы ввода-вывода. Взаимодействие пользователей с ЭВМ осуществляется, как правило, с помощью индивидуальных средств общения человека с машиной (терминалов). Высокопроизводительные ЭВМ имеют обычно значительные габаритные размеры составляющих их технических средств, в силу чего их иногда называют большими.

Сверхвысокопроизводительные модели ЭВМ получили за рубежом название суперЭВМ, что в первую очередь означает широкие возможности, предоставляемые пользователю, а также способность системы проводить по сложности обработку данных. Такие ЭВМ, имеющие высокие технические характеристики (производительность сотни миллионов и даже миллиардов операций в секунду), применяются при решении теоретических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов (например, при трёхмерной обработке данных геофизической разведки нефти, моделировании процессов атомной и молекулярной физики и др.). При создании таких ЭВМ применяется особо быстродействующая элементная база (заказные и матричные БИС и СБИС), а также достаточно сложные в техническом отношении конструкции.

Средние ЭВМ имеют производительность ниже 1 млн. оп/с, развитую конфигурацию ввода-вывода и служат для применения в системах обработки информации коллективного пользования, отраслевых системах автоматизированного проектирования и системах управления.

К малым (мини-ЭВМ) относят ЭВМ с производительностью процессора порядка сотен тысяч операций в секунду, ограниченным объёмом оперативной памяти, упрощённой организацией ввода-вывода. Такие ЭВМ применяются для обслуживания небольшого числа абонентов, решения информационных и вычислительных задач в системах проектирования и управления нижнего звена, в частности для включения в состав управляющего либо контрольно-измерительного комплекса.

МикроЭВМ - это обычно ЭВМ с малой ёмкостью оперативной памяти, низкой разрядностью и познаковым вводом-выводом. Они используются в составе управляющего или измерительного комплекса (встроенные микроЭВМ). Данные ЭВМ имеют относительно простые конструкции (типичны многоплатные, однопалатные и реже однокристальные микроЭВМ) и низкую стоимость. На основе микроЭВМ иногда реализуются и персональные ЭВМ.

По объекту установки ЭВМ делятся на стационарные и подвижные (транспортируемые, переносимые, носимые). Стационарные ЭВМ предназначены для эксплуатации в стационарных помещениях или на открытом воздухе, а подвижные (главным образом транспортируемые) - на автомобильном, железнодорожном, гусеничном или другом транспорте. К группе переносных ЭВМ относятся ЭВМ, обычно устанавливаемые на поверхность стола (настольные ЭВМ) либо пол и имеющие малые габаритные размеры и массу. Переносные ЭВМ всегда работают в комнатных условиях и не предназначены для работы во время переноски с места на место. Носимые ЭВМ могут работать и при переноске.

По трём глобальным зонам эксплуатации на объектах установки различают следующие классы ЭВМ: наземные (использование на суше), морские (использование на воде), бортовые (использование в воздушном и космическом пространстве). Наземные ЭВМ могут эксплуатироваться как стационарно, так и на подвижных (транспортируемых) объектах. Морские (судовые) ЭВМ эксплуатируются на всех видах судов, а бортовые - на всех видах летательных аппаратов, совершающих полёты в пределах тропосферы (до 17 км над уровнем моря) и стратосферы (до 85 км над уровнем моря). Разновидностью бортовых являются и космические ЭВМ, эксплуатируемые в условиях ионосферы на искусственных спутниках Земли, космических кораблях и станциях.

По используемой элементной базе (вернее, её основной части) современные ЭВМ подразделяются на ЭВМ на ИМС и БИС широкого применения, на матричных БИС, на заказных специализированных БИС, на микропроцессорных БИС и т.п.

Приведённая классификация является достаточно условной, однако она позволяет сделать сообщение и уделить внимание тем классификационным признакам, которые оказывают существенное влияние на конструирование и технологии производства ЭВМ. Среди таких признаков прежде всего необходимо отметить условия эксплуатации, объект размещения, элементную и, как следствие, конструктивную базу.

Принципы организации вычислительных сетей.

В современном сложном и многоликом мире ни одну крупную технологическую проблему нельзя решить без переработки значительных объемов информации и коммуникационных процессов.

Наряду с энерго и фондовооруженностью современному производству необходима и информационная вооруженность, определяющая степень применения прогрессивных технологий. Особое место в организации новых информационных технологий занимает компьютер. Телефонная сеть, а затем специализированные сети передачи данных послужили хорошей основой для объединения компьютеров в информационно-вычислительные сети. Компьютерные сети передачи данных являются результатом ин-

формационной революции и в будущем смогут образовать основное средство коммуникации.

Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов по вычислительной технике, техники связи и являются связующим звеном между базами данных, терминалами пользователей, компьютерами.

Информационно-вычислительная сеть создается с целью повышения оперативности обслуживания абонентов.

ИВС должна обеспечивать надежную передачу цифровой информации.

В качестве оконечных терминалов могут выступать как отдельные ПК, так и группы ПК, объединенные в локальные вычислительные сети.

Передача информационных потоков на значительные расстояния осуществляется с помощью проводных, кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. В ближайшее время можно ожидать широкого применения оптической связи по оптоволоконным кабелям.

По географическим масштабам вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные. Локальная сеть может иметь протяженность до 10 километров. Глобальная сеть может охватывать значительные расстояния - до сотен и десятков тысяч километров.

Для конечного пользователя сеть - это не компьютеры, кабели и концентраторы и даже не информационные потоки, для него сеть - это, прежде всего, тот набор сетевых служб, с помощью которых он получает возможность просмотреть список, имеющийся в сети компьютеров, прочитать удаленный файл, распечатать документ на «чужом» принтере или послать почтовое сообщение. Именно совокупность предоставляемых возможностей - насколько широк их выбор, насколько они удобны, надежны и безопасны, определяет для пользователя облик той или иной сети.

Кроме собственно обмена данными, сетевые службы должны решать и другие, более специфические задачи, например, задачи, порождаемые распределенной обработкой данных. К таким задачам относится обеспечение непротиворечивости нескольких копий данных, размещенных на разных машинах (служба репликации), или организация выполнения одной задачи параллельно на нескольких машинах сети (служба вызова удаленных процедур). Среди сетевых служб можно выделить административные, то есть такие, которые в основном ориентированы не на простого пользователя, а на администратора и служат для организации правильной работы сети в целом. Служба администрирования учетных записей о пользователях, которая позволяет администратору вести общую базу данных о пользователях сети, система мониторинга сети, позволяющая захватывать и анализировать сетевой трафик, служба безопасности, в функции которой может входить среди прочего выполнение процедуры логического входа с последующей проверкой пароля, - все это примеры административных служб.

Реализация сетевых служб осуществляется программными средствами. Основные службы - файловая служба и служба печати - обычно предоставляются сетевой операционной системой, а вспомогательные, например служба баз данных, факса или передачи голоса, - системными сетевыми приложениями или утилитами, работающими в тесном контакте с сетевой ОС. Вообще говоря, распределение служб между ОС и утилитами достаточно условно и меняется в конкретных реализациях ОС.

В вычислительных сетях программные и аппаратные связи являются еще более слабыми, а автономность обрабатывающих блоков проявляется в наибольшей степени - основными элементами сети являются стандартные компьютеры, не имеющие ни общих блоков памяти, ни общих периферийных устройств. Связь между компьютерами осуществляется с помощью специальных периферийных устройств - сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи. Каждый компьютер работает под управлением собственной операционной системы, а какая-либо «общая» операционная система, распределяющая работу между компьютерами сети, отсутствует. Взаимодействие между компьютерами сети происходит за счет передачи сообщений через сетевые адаптеры и каналы связи. С помощью этих сообщений один компьютер обычно запрашивает доступ к локальным ресурсам другого компьютера. Такими ресурсами могут быть как данные, хранящиеся на диске, так и разнообразные периферийные устройства - принтеры, модемы, факс-аппараты и т. д. Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети - основная цель создания вычислительной сети.

Каким же образом сказывается на пользователе тот факт, что его компьютер подключен к сети? Прежде всего, он может пользоваться не только файлами, дисками, принтерами и другими ресурсами своего компьютера, но аналогичными ресурсами других компьютеров, подключенных к той же сети. Правда, для этого недостаточно снабдить компьютеры сетевыми адаптерами и соединить их кабельной системой. Необходимы еще некоторые добавления к операционным системам этих компьютеров. На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, необходимо добавить модули, которые постоянно будут находиться в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от других компьютеров. Обычно такие модули называются программными серверами (server), так как их главная задача - обслуживать (serve) запросы на доступ к ресурсам своего компьютера. На компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других компьютеров, также нужно добавить к операционной системе некоторые специальные программные модули, которые должны вырабатывать запросы на доступ к удаленным ресурсам и передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули обычно называют программными клиентами (client). Собственно же сетевые адаптеры и каналы связи решают в сети достаточно простую задачу - они передают сообщения с запросами и ответами от одного компьютера к другому, а основную работу по организации совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части операционных систем.

Пара модулей «клиент - сервер» обеспечивает совместный доступ пользователей к определенному типу ресурсов, например к файлам. В этом случае говорят, что пользователь имеет дело с файловой службой (service). Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользователей - файловую службу, службу печати, службу электронной почты, службу удаленного доступа и т. п.

Классификация вычислительных сетей

Классификация возможна по различным признакам. По типу ЭВМ, объединяемых в сеть, различают однородные вычислительные сети, объединяющие программно-совместные ЭВМ, и неоднородные. По распределению функций управления сетью могут быть централизованные и вычислительные сети, управляемые центральной ЭВМ, и децентрализованные.

По пропускной способности каналов передачи данных сети ЭВМ делят на три категории: с малой пропускной способностью (менее 1 Мбит/с), средней пропускной способностью (1...10 Мбит/с) и с высокой пропускной способностью (более 10 Мбит/с). В САПР целесообразно применение с малой и средней пропускной способностью, поскольку они обеспечивают достаточную скорость обмена данными при приемлемых затратах на приобретение и эксплуатацию сети

Структура локальных вычислительных сетей.

Из разработанных структур локальных сетей для использования в САПР наиболее подходят: иерархическая, кольцевая, магистральная и звездная (типа "звезда").

Иерархическая вычислительная сеть.

Такой вид сети наиболее распространена в САПР. Возможности ЭВМ в такой сети увеличиваются от нижних уровней к верхним. На надежность сети основное влияние оказывает ЭВМ верхнего уровня.

Кольцевая вычислительная сеть.

Кольцевая сеть основана на использовании однонаправленного высокоскоростного канала связи, образующего замкнутое кольцо или петлю. ЭВМ подключаются к кольцевой сети через активные элементы, входящие в состав сети и транслирующие циркуляцию в ней сообщения. По кольцевой структуре построена, например, сеть Flashnet фирмы "Ford Aerospase". Достоинства кольцевой сети - простота организации связи между отдельными ЭВМ и высокая скорость обмена. Недостатки - малая надежность при использовании единственной однонаправленной линии связи (для повышения надежности используют двойные линии связи с возможностью переключения при отказе одной из них).

Магистральная вычислительная сеть.

Сеть строится на основе одного общего канала связи и коллективном использовании его в режиме разделения времени. Примером такой сети может служить сеть Ethernet, разработанная фирмой "Xorox corp".

Магистральная сеть имеет те же достоинства, что и кольцевая, однако ее проще реализовывать и расширить. Надежность магистральной сети определяется надежностью общего канала связи.

Вычислительная сеть типа "звезда"

Сеть типа "звезда" имеет центральный переключатель, осуществляющий коммутацию двунаправленных каналов связи, связывающих все ЭВМ сети с центральным переключателем (ПЦ). Последний помимо коммутации линий связи может выполнять обработку данных. Звездную конфигурацию имеет сеть GRNET фирмы "GRI". Надежность сети типа "звезда" определяется надежностью центрального переключателя.