Операционные системы, их назначение, место ОС в компьютере

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям.

Классификация ЭВМ по принципу действия и назначению

Классификация ЭВМ по этапам создания

Принцип работы компьютера

1. С помощью внешнего устройства в память вводится программа;

2. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти с первой командой (м.б. арифметическая, логическая или команда чтения или записи во внешнее устройство);

3. Устройство управления организует выполнение команды в арифметическо-логическом устройстве, или со внешним устройством, считывается команда из следующей ячейки, либо из какой-либо ячейки, к которой перешло управление по команде перехода.

По этим принципам было построено большинство ЭВМ.

В своем развитии ЭВМ прошли ряд стадий, говорят о смене поколений ЭВМ, отличающихся одно от другого прежде всего элементной базой.

Классификация ЭВМ по этапам создания

1-ое поколение, 50-е г.г.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах Характеристики ЭВМ: большие габариты, большое потребление энергии, малое быстродействие, низкая надежность, программирование в кодах машины).

2-ое поколение, 60-ые г.г.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах). Характеристики ЭВМ: Улучшение всех характеристик, использование алгоритмических языков.

3-е поколение, 70-ые г.г.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни-тысячи транзисторов в одном корпусе), печатный монтаж.. Характеристики: резкое снижение габаритов, повышение надежности, увеличение производительности, доступ с удаленных терминалов.

Примечание: интегральная схема – электронная схема, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

4-ое поколение, 80-ые г.г.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах –микропроцессорах. Характеристики: улучшение технических характеристик, массовый выпуск персональных компьютеров, Направление развития – мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микро-ЭВМ.

5-ое поколение, 90 –ые г.г.: ЭВМ со 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;

6-ое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

Классификация ЭВМ по принципу действия

По принципу действия вычислительные машины (ВМ) делятся на: аналоговые(АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ). Критерием деления ВМ на три класса является форма представления информации, с которой они работают (непрерывная или дискретная, точнее цифровая).

ЦВМ работают с информацией, представленной в дискретной форме, являются универсальными и нашли наибольшее распространение.

АВМ работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, просты и удобны в эксплуатации, скорость может быть достаточно большой, но точность решения задач низкая. используются для решения дифференциальных уравнений, моделирования систем, описываемых с их помощью.

ГВМ – работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме. Используются для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами, совмещают достоинства АВМ и ЦВМ.

Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций, что позволяет снизить их стоимость и сложность. К таким ЭВМ можно отнести программируемые микропроцессоры специального назначения, адаптеры и контроллеры, управляющие несложными техническими устройствами или процессами, устройства сопряжения узлов вычислительных систем.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого, чем универсальные ЭВМ, классов задач, таких как управление технологическими процессами, регистрации и накопления данных и др. К этому классу относятся управляющие вычислительные комплексы.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерных задач: экономических, математических, информационных, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных..

Отличительные особенности универсальных ЭВМ:

высокая производительность;

разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичная, десятичная, символьная; большой диапазон их изменения, высокая точность представления;

большой объем оперативной памяти;

развитая организация системы ввода-вывода информации, возможность подключения разнообразных внешних устройств.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

Сравнительные характеристики классов современных ЭВМ

Параметр	Супер ЭВМ	Большие ЭВМ	Малые ЭВМ	Микро ЭВМ
Производительность, MIPS	1000-100000	10-1000	1-100	1-100
Емкость ОП, Мбайт	2000-10000	64-10000	4-512	4-256
Емкость ВЗУ,Гбайт	500-5000	50-1000	2-100	0,5-10
Разрядность, бит	64-128	32-64	16-64	16-64

Единицы измерения скорости:

MIPS –Mega Instruction Per Second – миллион операций над числами с фиксированной точкой в секунду.

MFLOPS –Mega Floating Operations Per Second – миллион операций над числами с плавающей точкой.

Единицы измерения емкости памяти:

1 байт = 8 бит; 1 Кбайт (килобайт) – 1024 байта; 1Мбайт (мегабайт) – 1024 Кбайт 1 Гбайт (гигобайт) – 1024 Мбайт

Большие ЭВМ за рубежом называют мэйнфреймами (MainFrame). Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и ресурсами. Последнее направление- в качестве больших серверов вычислительных сетей.

Родоначальником современных больших ЭВМ явилась фирма IBM. Ее модели IBM360, IBM370 взяты за основу отечественных больших ЭВМ – ЕС ЭВМ.

За рубежом: IBM 390, IBM 4300, японские М 1800 фирмы Fujitsu.

Отечественные большие ЭВМ уступают зарубежным (ЕС 1130 – 50 MIPS, 8 Мбайт Основной памяти (ОП); ЕС1170 (4 процессора) – 20 MIPS и 64 Мбайт.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры с более низкими характеристиками. Ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

Родоначальником мини-ЭВМ можно считать PDP-11 фирмы DEC, которые явялись прообразом отечественных СМ ЭВМ.

В настоящее время образцами являются ЭВМ серии VAX (от VAX-11 до VAX-360), мощные модели мини-ЭВМ класса 8000 (VAX-8250, VAX –8820) и класса 9000 (VAX-9410,9430) и др. Среди прочих: однопроцессорные: IBM 4381, HP 9000, многопроцессорные: Wang VS 7320 и др.

Персональные компьютеры (Микро ЭВМ) должны иметь следующие характеристики:

· малую стоимость;

· автономность эксплуатации без специальных требований к условиям работы;

· гибкость архитектуры, адаптацию к применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

· «дружественность» операционной системы и программного обеспечения для работы с непрофессиональными пользователями;

· высокую надежность.

Среди зарубежных фирм американские: IBM PC; широко известны ПК фирм Apple (Macintosh), Hewlett Packard, DEC; Италия: Olivetty; Японии: Toshiba, Panasonic; Великобритании: Spectrum, Amstrad и др.

О ПК мы будем говорить далее.

СуперЭВМ Мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием, представленным в таблице. Создать такую высокопроизводительную ЭВМ невозможно на одном процессоре, поэтому супер ЭВМ создается в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:

· магистральные (конвейерные), в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком данных (многократный поток команд – однократный поток данных Multiple Instruction – Single Data)

· Векторные, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными (однократный поток команд – многократный поток данных Single Instruction -Multiple Data)

· Матричные, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных (многократный поток команд с многократным потоком данных Multiple Instruction Multiple Data)

В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры.

Первая суперЭВМ была создана в 1972 г. (ILLIAC IY с производительностью 20 MFLOPS), а начиная с 1974 г. лидерство в разработке суперЭВМ захватила фирма Cray Research, выпускающая ЭВМ Cray1, 2 (2000MFLOPS, ОП – 2 Гбайт). В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ.

Дата добавления: 2015-04-24