Основы построения центральных устройств компьютера

Классификация ЭВМ

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Классификация по назначению – один из наиболее ранних методов классификации (рис.1). Он связан с тем, как компьютер применяется.

	ЭВМ

Рис.2. Классификация ЭВМ по назначению

Супер-ЭВМ – принято называть уникальные ЭВМ или вычислительные системы, предназначенные для решения особо сложных научно-технических и планово-экономических задач, а также задач обработки информации и управления в специальных системах реального времени (например системах противовоздушной обороны, автоматизированных системах управления дорожным движением и т.д.). Производительность таких систем исчисляется десятками и даже сотнями миллионов операций в секунду. Общее количество информации, которое подвергается обработке в супер-ЭВМ, достигает 20 млрд. байт в секунду и более. Такая производительность возможна благодаря использованию принципа многопроцессорной обработки. Обычно супер-ЭВМ включает в себя несколько (4, 8 и более) универсальных высокопроизводительных центральных процессоров, а кроме того и различного рода специализированные процессоры (например для выполнения арифметических операций). Все устройства, входящие в состав супер-ЭВМ, как правило, имеют улучшенные характеристики по всем показателям (быстродействие, объем памяти и.т.д).

Супер-ЭВМ производятся лишь в наиболее технически развитых странах мира, а их количество исчисляется единицами, в лучшем случае десятками. В нашей стране супер-ЭВМ общего назначения представлены машинами типа «Эльбрус» производительностью от 10 до 120 млн. операций в секунду.

Две наиболее известные серии супер-ЭВМ – Crey (Crey-1, Crey-2,Crey-3 – 16 млрд. команд./сек).

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Большие ЭВМ конструктивно выполнены в виде нескольких стоек, включая устройства ввода-вывода, а таже внешние запоминающие устройства на магнитных дисках и лентах. Для установки машин требуется достаточно большое помещение, оборудованное средствами обеспечения заданного температурного режима. Обслуживание больших ЭВМ трудоемко, зато их производительность лежит в пределах от нескольких сот тысяч до нескольких миллионов команд в секунду. К большим ЭВМ относятся большинство моделей IBM 360/370 и их отечественных аналогов – ЕС ЭВМ.

ЕС 1046 – производительность 1,3 млн. команд/сек; занимаемая площадь – 100 - 127 кв.м.,

ЕС 1066 – производительность 5,5 млн. команд/сек; занимаемая площадь – 200 – 260 кв.м.,

В 70-е годы появился еще один класс ЭВМ – мини ЭВМ, что обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Мини-ЭВМ работают в режиме разделения времени, выполнены в виде одной или нескольких малогабаритных стоек и имеют более низкие по сравнению с большими ЭВМ быстродействие и стоимость. ЭВМ данного класса не требуют специально оборудованного помещения. Мини-ЭВМ находят широкое применение в научно-технических и планово-экономических расчетах невысокой сложности, автоматизации экспериментальных исследований, управлении технологическими процессами и др.

Наибольшее распространение в нашей стране получили мини-ЭВМ серии СМ. Средства СМ ЭВМ используются в системах управления технологическими процессами и агрегатами, автоматизации научных исследований и экспериментов, проектирования, для выполнения коммерческих и инженерных расчетов, в локальных и территориально распределенных комплексах сбора и обработки данных, в управлении объектами непромышленной сферы.

ЭВМ ЕС и СМ ЭВМ являлись в свое время основными машинами, которыми оснащались вычислительные центры.

Изобретение в 1969 году микропроцессора привело к появлению в 70-х годах еще одного класса ЭВМ – микро-ЭВМ. Именно наличие МП служит определяющим признаком микро-ЭВМ. Основная область применения микро-ЭВМ – автоматизация экспериментальных исследований и управленческой деятельности, управление технологическими процессами. В конце 70 гг. большое распространение получила практика встраивания микро-ЭВМ в сложные измерительные приборы и технологическое оборудование.

Персональные компьютеры или персональные ЭВМ. Эта категория ЭВМ получила особо бурное развитие в течении последних двадцати лет. Из названия ясно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов.

Начиная с 1999 года в области персональных компьютеров начинает действовать международный сертификационный стандарт – спецификация РС99. Он регламентирует принципы классификации персональных компьютеров и оговаривает минимальные и рекомендуемые требования к каждой из этих категорий. Данный стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:

Consumer PC (массовый ПК):

Office PC (деловой ПК):

Mobile PC (портативный ПК):

Workstation PC (рабочая станция):

Entertainmemt PC (развлекательный ПК).

Согласно спецификации РС99 большинство персональных компьютеров, присутствующих в настоящее время на рынке, попадают в категорию массовых ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со тзвуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, то есть средств компьютерной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК – к средствам воспроизведения графики и звука.

Преподаватель делает выводы по третьему учебному вопросу.

4.1. Основы построения центральных устройств персонального компьютера.
Для автоматизации обработки информации используются различные по назначению классы компьютеров.

Персональный компьютер (ПК) - это не один электронный аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Часто употребляемый термин “конфигурация ПК” означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д.
Эффективность использования ПК в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM, первые модели которых появились в 1981 г. Существенно им уступают по популярности ПК фирм Apple и DEC (Digital Equipment Corporation) и их аналоги, занимающие по распространенности 2-е место.

За рубежом самыми распространенными моделями компьютеров в настоящее время являются IBM PC с микропроцессорами типа Pentium.

В настоящее время многочисленные компьютерные фирмы в России занимаются сборкой из зарубежных компонентов в основном IBM-совместимых персональных компьютеров.

ПК имеет 4 основные характеристики:

1. память(большую емкость для хранения информации);
2. высокую скорость поиска и обработки информации;
3. Возможность ввод и вывода информации не только в виде чисел, но и в виде текстов, рисунков, чертежей, звука;
4. Возможность быстрой передачи информации на удаленные расстояния по телефонной линии или по специальным каналам связи;

Настольные ПК – автономные и сетевые автоматизированные рабочие места (АРМ) экономистов, бухгалтеров, финансистов, менеджеров и других специалистов. Настольные ПК, используемые в ЛВС, называют сетевыми рабочими станциями, клиентскими компьютерами. В зависимости от модели процессора, емкости оперативной памяти (ОП), жесткого магнитного диска (ЖМД) различают офисные ПК, высокопроизводительные ПК и ПК-серверы.

Рабочие (графические) станции – системы автоматизированного проектирования, издательские системы, системы для моделирования, анимации. Мощные компьютеры с большой емкостью внешней, оперативной и видеопамяти. Графические станции имеют высококачественные мониторы с размером экрана 19 и более дюймов.

Серверы – мощные, надежные компьютеры, используемые в качестве файловых серверов, серверов баз данных, приложений в ЛВС, Web-серверов и др. В АИС используются серверы различной мощности – от однопроцессорных начального уровня для небольших рабочих групп (масштаба отдела, малого предприятия) до многопроцессорных, высоконадежных и высокопроизводительных уровня крупного предприятия. Большинство серверов, применяемых в АИС предприятий, построены на базе CISC-процессоров (Intel, AMD – серверы х86) и RISC-процессоров. В зависимости от используемой сетевой (серверной) операционной системы (платформы) различают Windows-, Unux- Linux-серверы.

Мэйнфреймы (большие ЭВМ) – самые мощные компьютеры, применяемые в наиболее крупных банках, организациях, предприятиях, министерствах, ведомствах.

Переносные (портативные) компьютеры (ноутбуки и др.) используются для выполнения различных работ руководителями, менеджерами и другими специалистами, в т.ч. в поездках, командировках, на совещаниях, а также для удаленного мобильного доступа к данным предприятия, Web-cерверам и передачи заказов, сообщений электронной почты.

Бездисковые рабочие станции – ПК без ГМД, ЖМД, CD-ROM, устройств записи на магнитную ленту, компакт-диски. Используются, в основном, для ввода данных в системах централизованной обработки данных (например, АРМ операционистов автоматизированных банковских систем).

Мультимедийные компьютеры – ПК с высококачественными аудио- и видеокартами, звуковыми колонками. Эти характеристики не важны для АРМ бухгалтеров, менеджеров, экономистов, финансистов, не работающих, как правило, с мультимедийными программами.

Для обработки экономической, финансовой информации в большинстве АИС предприятий используются в основном настольные ПК и серверы, в наиболее крупных – мэйинфреймы.

Для обеспечения высокой надежности автоматизированных банковских и других информационных систем, работающих круглосуточно 7 дней в неделю 365 дней в году, применяются кластеры из двух серверов. При аварийном сбое одного сервера кластер обеспечивает возврат приложения в рабочее состояние и его восстановление на момент сбоя на втором сервере. Серверы (узлы) кластера могут быть территориально разнесены, соединены оптическим кабелем. Например, в центральном офисе банка установлен основной сервер, а в одном из отделений – резервный.

ЭВМ различаются мощностью, производительностью. Мощность ЭВМ – это совокупность характеристик, определяющая возможность использования ЭВМ для выполнения тех или иных функций, задач. Мощность ЭВМ определяют модель, тактовая частота процессора (CPU), объем оперативной памяти (оперативного запоминающего устройства – ОЗУ, RAM), объем жесткого магнитного диска (ЖМД, HDD).

Производительность ЭВМ определяется по результатам тестирования с помощью соответствующих программ (времени выполнения расчетов, решения типичных задач обработки информации и т.п.). Производительность ЭВМ определяют модель, тактовая частота процессора, тип системной и локальных шин (PCI, PCI-X и др.), объем, тип оперативной памяти (DRAM, EDO RAM, SDRAM ECC, RDRAM ECC), объем ЖМД, среднее время доступа, скорость обмена данными с оперативной памятью, объем кэш-памяти (cache) второго уровня.

Другие характеристики ЭВМ, в т.ч. объем видеопамяти (VRAM), скорость работы привода компакт-дисков (CD-RW/DVD-ROM) в меньшей степени влияют на производительность ЭВМ при решении экономических задач.

Наряду с жесткими, гибкими и оптическими дисками для хранения информации используются: стримеры – накопители на магнитной ленте (МЛ), называемые также ленточными накопителями, магнитооптические (МО) устройства с перезаписываемыми МО-дисками, дисковые массивы RAID (объем от десятков Гбайт до нескольких Тбайт), переносные накопители со сменными магнитными дисками (ZIP-накопители 100/250 Мбайт, накопители JAZ 1/2 Гбайт).

МО-диски объединяют оптический и магнитный способы записи информации (возможна перезапись информации). Они используются для резервного копирования данных, хранения (накопления) больших массивов информации. Быстродействие современных моделей МО-дисководов сопоставимо с накопителями ЖМД.

Офисный ПК для автономной работы (автоматизация учета, подготовка документов, решение других экономических задач) имеет, например, следующие характеристики: процессор Intel Celeron 1.7–2.0 ГГц, ОП 128 Мбайт, ЖМД 40 Гбайт. Высокопроизводительный ПК – процессор Intel Pentiun IV 2.4–2.6 ГГц (или AMD Athlon), ОП 256-512 Мбайт, ЖМД 60 Гбайт.

При выборе ПК для АИС предприятия учитываются: тип, тактовая частота процессора, объем ОП, ЖМД, срок, условия гарантии, соотношение цены и качества, фирма-сборщик (производитель), фирмы-производители комплектующих (системной платы, ЖМД и других устройств), требования к ресурсам системных, прикладных программ и другие факторы.

Выбор ПК, серверов производится с учетом ресурсов, необходимых для достаточно быстрой работы системных и прикладных программ, используемых в АИС предприятия. Например, для обеспечения приемлемой скорости работы сетевой версии системы 1С:Предприятие 7.7. необходим ПК с процессором Intel Celeron с тактовой частотой 500 MГц и выше, 64 Мб оперативной памяти, сервер ЛВС с одним или двумя процессорами Intel Pentium III, оперативной памятью 128 Мб для серверной операционной системы (ОС) Windows NT 4.0 Server, плюс по 16–32 Мб на клиента (ПК пользователя). Двухпроцессорные (и более) серверы перенаправляют большое число сетевых запросов ввода/вывода на наименее загруженный процессор, что повышает скорость обработки данных, масштабирование системы. При создании с помощью промышленных (профессиональных) СУБД типа MS SQL Server относительно больших баз данных (более 500 Мбайт) с интенсивным чтением/записью информации на ЖМД рекомендуется использование высокоскоростных SCSI дисков.

На большинстве предприятий используются в основном Intel-серверы различной мощности на базе процессоров Intel (Intel Xeon и др.) и операционных систем (ОС) Windows (платформа Wintel), в т.ч. из-за большого количества прикладных программ, разработанных для этой платформы.

В АИС крупных организаций и предприятий применяются также мощные компьютеры на базе других процессоров и ОС, например, Unix-серверы HP SuperDowe (процессор PA-RISC 8700, ОС HP-UX 11i), IBM PSeries P690 – Regatta (процессор Power4, ОС AIX 5L), SunFire 15k (Ultra-SPARC, OC Solaris 8), серверы IBM eSrwer zSeries (процессор CMOS G7, ОС ZOS), iSeries (процессор Power4, ОС OS/400). Старшие модели двух последних серверов IBM, раньше называвшиеся, соответственно, S/390, AS/400, относят по производительности к мэйнфреймам. Под управлением ОС с открытым кодом Linux работают серверы стандартной архитектуры HP ProLant с процессорами Itanium, Itanium II.

Дата добавления: 2014-01-07