Современная классификация ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

• Введение
• 1.Краткий исторический обзор
• 2.Основы архитектуры ЭВМ
• 3.Устройство современного компьютера
• 4.Современная классификация ЭВМ
• 4.1 Классификация по степени универсальности
• 4.2 Классификация по способам использования
• 4.3 Классификация по степени производительности
• 4.4 Классификация по особенностям архитектуры
• Заключение
• Список использованной литературы

• Введение
• Во все времена людям нужно было считать. В доисторическом прошлом они считали на пальцах или делали насечки на костях. Примерно около 4000 лет назад, на заре человеческой цивилизации, были изобретены уже довольно сложные системы счисления, позволяющие осуществлять торговые сделки, рассчитывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя, появились первые ручные вычислительные инструменты. XXI в. характеризуется необходимостью обрабатывать огромное количество информации. Для сбора хранения, использования и распространения большого объема информации необходимо специальные устройства. Такими устройством является компьютер. В последние годы благодаря развитию интегральной технологии значительно выросли технические характеристики ЭВМ, развилось программное обеспечение, изменился внешний вид ЭВМ, появились новые внешние устройства, расширилась сфера применения ЭВМ. Несмотря на значительный прогресс в области создания новых ЭВМ, принципы функционирования остались прежними.


2. Основы архитектуры ЭВМ

Архитектура ЭВМ - наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Общие принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре.

1. Структура памяти ЭВМ.

2. Способы доступа к памяти и внешним устройствам.

3. Возможность изменения конфигурации.

4. Система команд.

5. Форматы данных.

6. Организация интерфейса.

Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в работах Дж. фон Неймана, Г. Голдстейга и А. Беркса в 1946 году и известны как «принципы фон Неймана».

Они сводятся к четырем положениям.

1. Использование двоичной системы представления данных.

2. Принцип хранимой программы.

3. Принцип последовательного выполнения операций.

4. Принцип произвольного доступа к ячейкам оперативной памяти.

Первое положение - использование двоичной системы представления данных. Любая информация на ЭВМ хранится в виде последовательности нулей и единиц. Такой способ представления информации для машин наиболее удобен, т.к. она легко обрабатывается («нуль» - нет сигнала, «единица» - сигнал есть). Для двоичной системы существует соответствующий аппарат вычислений.

Второе положение - принцип хранимой программы. Как данные программа храниться в виде нулей и единиц, т.е. принципиальная разница между программой (исполняемым кодом и данными) отсутствует. Фон Нейманом была предложена следующая структура логического устройства ЭВМ.

В современных ЭВМ процессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ). Он осуществляет управление устройствами ввода, вывода, внешними запоминающими устройствами (ВЗУ) и оперативным запоминающим устройством. Также процессор осуществляет обработку информации, поступающей из устройств. Все виды запоминающих устройств (ЗУ) хранят информацию (данные) и коды программ. В современных ЭВМ ЗУ «многоярусны». ОЗУ хранит

информацию, с которой ЭВМ работает непосредственно в данное время. ВЗУ обеспечивает хранение информации больших объемов, чем ОЗУ, но при этом работает значительно медленнее.

Третье положение - принцип последовательного выполнения операций. Одним и тем же устройством, например, процессором операции выполняются последовательно друг за другом. Например, если процессор

осуществляет вычисления, а пользователь в это же время вводит данные с клавиатуры, то вычисления прерываются, осуществляется обработка введенных символов и лишь затем возобновляются вычисления.

Четвертое положение - принцип произвольного доступа к ячейкам оперативной памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

3. Устройство современного компьютера

Практически каждый компьютер представляет собой системный блок, монитор, клавиатуру, манипуляторы и периферию.

Системный блок является основным, если не главным блоком ЭВМ. В нем содержатся центральный процессор, материнская плата, контроллеры, накопители и т.д.

Для обеспечения информационного взаимодействия между процессором и накопителями, внешними устройствами и т.д. существуют соответствующие контроллеры. Управление монитором процессор осуществляет через видеоконтроллер или видеокарту. Жесткие диски, дискеты «общаются» с процессором через контроллер накопителей. Фактически контроллер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой "вверенного ему" внешнего устройства по специальным встроенным программам обмена. Такой процессор имеет собственную систему команд. Например, контроллер накопителя на гибких магнитных дисках (дисковода) умеет позиционировать головку на нужную дорожку диска, читать или записывать сектор, форматировать дорожку и т.п. Результаты выполнения каждой операции заносятся во внутренние регистры памяти контроллера и могут быть в дальнейшем прочитаны центральным процессором.

Таким образом, наличие интеллектуальных внешних устройств может существенно изменять идеологию обмена. Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществление контроллеру. Дальнейший обмен информацией может протекать под руководством контроллера без участия центрального процессора. Последний получает возможность "заниматься своим делом", т.е. продолжать выполнение командных кодов программы.

В материнской плате, а также в системном блоке находятся разъемы, которые обеспечивают физическое присоединение устройств. Логически разъемы характеризуются портами. Последние выполняют две функции.

1. Служит посредником при передаче данных между компьютером и устройствами ввода/вывода.

2. Выдает процессору сигнал прерывания, по которому начинается процесс прерывания.

Для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ используется общая шина или магистраль. Шина состоит из трех частей.

1. Шина данных, по которой передается информация.

2. Шина адреса, определяющая, куда передаются данные.

3. Шина управления, регулирующая обменом информацией.

CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) - специальная

память, обладающая низким энергопотреблением, и предназначенная для хранения параметров конфигурации компьютера.

BIOS (Basic Input-Output System) - постоянная память (ПЗУ), предназначенная для хранения специальной программы, обеспечивающей проверку оборудования ЭВМ, инициализации загрузки операционной системы и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера.

Ресурсами ЭВМ являются: тактовая частота процессора, кэш-память первого и второго уровней, размер оперативной памяти, емкость жесткого диска, аппаратные прерывания, частота системной шины и т.д. Идентифицируются они двумя способами: перед загрузкой операционной системы (нажатием клавиши Ї Pause), в операционной системе с помощью специальных диагностирующих программ. Также ресурсы компьютера можно определить по строке спецификаций. Подобные строки чаще всего приводятся в прейскурантах цен на вычислительную технику. При формировании таких строк определенными стандартами не пользуются. Тем не менее, из содержимого строки спецификации можно легко определить все интересующиеся ресурсы ЭВМ.

4. Современная классификация ЭВМ

Компьютер представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи, манипулированными символами.

Существует 2 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.), код. Является аналогами вычисляемых величин.

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Мы рассмотрим лишь некоторые из них, сосредоточившись на тех, о которых наиболее часто упоминают в доступной технической литературе и средствах массовой информации. Наиболее значимыми являются классификациями по:

· степени универсальности;

· способам использования;

· степени производительности;

· особенностям архитектуры.

4.1 Классификация по степени универсальности

По степени универсальности выделяют:

* ЭВМ общего назначения (универсальные);

* Специализированные (встроенные) ЭВМ.

ЭВМ общего назначения могут использоваться для решения любых задач обработки данных.

Специализированные (встроенные) ЭВМ - это ЭВМ, предназначенные для решения ограниченного круга задач. Обычно специализированные ЭВМ используются для управления сложными техническими устройствами. Такие ЭВМ встраиваются в системы автоматического управления сложными устройствами или технологическими процессами на производстве, транспорте, связи, военном деле и т.д.; часто встраиваются в бытовые устройства.

4.2 Классификация по способам использования

По способам использования выделяют: ЭВМ коллективного использования и ЭВМ индивидуального использования.

ЭВМ коллективного использования - это ЭВМ, предназначенные для обслуживания одновременной работы нескольких пользователей. Эти ЭВМ обычно имеют существенно более высокую производительность, чем ЭВМ индивидуального использования, и выступают в качестве серверов компьютерных сетей (сетевых серверов).

Компьютерная сеть - совокупность ЭВМ и (или) диалоговых устройств ввода-вывода (терминалов), объединенных средствами коммуникаций для возможности совместного использования общих технических и информационных ресурсов.

ЭВМ индивидуального использования - ЭВМ, способные в каждый момент времени обеспечить эксплуатацию только со стороны единственного пользователя.

вычислительный машина компьютер

4.3 Классификация по степени производительности

По степени производительности различают:

· ЭВМ ординарной производительности;

· ЭВМ высокой производительности;

· ЭВМ сверхординарной производительности (супер - ЭВМ).

Деление по степени производительности является очень условным. ЭВМ, которые несколько лет назад относились к классу ЭВМ высокой производительности, сегодня являются ЭВМ ординарной производительности.

ЭВМ ординарной производительности - предназначены для решения рядовых задач индивидуальных пользователей или обслуживание малых компьютерных сетей. Массовые персональные компьютеры являются ЭВМ ординарной производительности.

ЭВМ высокой производительности - однопроцессорные или многопроцессорные ЭВМ, предназначенные для обслуживания компьютерных сетей среднего и большого размера или индивидуального применения при решении задач повышенной сложности.

ЭВМ сверхординарной производительности (супер - ЭВМ)- многопроцессорные ЭВМ, предназначенные для решения задач чрезвычайной сложности. Основными приложениями супер - ЭВМ являются обслуживание очень больших компьютерных сетей, моделирование ядерных реакций, исследование структуры ДНК, управление сложными военными космическими объектами, криптография, метеорология.

С точки зрения производительности следует рассматривать не только отдельно взятые ЭВМ, но и их совместно функционирующие конгломераты. Часто несколько ЭВМ объединяются в кластеры.

4.4 Классификация по особенностям архитектуры

По особенностям архитектуры выделяются:

* Сетевые компьютеры;

* Мэйнфреймы;

* Мини - ЭВМ;

* Персональные ЭВМ (микро-ЭВМ);

* Портативные (мобильные) устройства.

Мэйнфрейм - ЭВМ высокой или сверхординарной производительности, использующая один или несколько высокопроизводительных процессов, обеспечивающая подключение большого числа внешних устройств и предназначенная для обслуживания большого числа пользователей при осуществлении ими сложной обработки больших объемов данных.

Основные их характеристики:

* Один или несколько высокопроизводительных процессов;

* ОЗУ от нескольких до нескольких сотен Гбайтов;

* Высокопроизводительные каналы ввода-вывода;

* Допускают сотен устройств ввода-вывода;

* Емкость ВЗУ - до десятков Тбайтов;

* Имеют стоимость от десятков до нескольких млн. долл.;

* Почти всегда выступают в качестве ЭВМ коллективного пользования.

Исторически это самый старый тип ЭВМ. Классические мэйнфреймы 60-70 гг.- это семейство IВМ 360/370. Тогда они имели характеристики объема ОЗУ и ВЗУ ниже, чем современные.

Основное назначение мэйнфреймов на текущий момент - обслуживание больших компьютерных сетей. В США установлено более 401 тыс. мэйнфреймов, и в их базах данных хранится 70% информации крупных корпораций. В России используется порядка 5 тыс. мэйнфреймов.

Мини - ЭВМ- ЭВМ высокой или сверхординарной производительности, использующая один или несколько высокопроизводительных процессов, предназначенная для управления крупными компьютерными сетями или решение задач высокой сложности при индивидуальном использовании.

Чаще всего используются как серверы средних и больших сетей, но нередко применяются как индивидуально используемое ЭВМ для решения задач повышенной сложности.

Исторически мини - ЭВМ возникли в начале 70-х годов как более дешевое решение, рассчитанное на средние фирмы в противовес дорогостоящим мэйнфреймам, которые были доступны только крупным богатым организациям. До последнего времени активно вытесняли мэйнфреймы, поскольку имели лучшее соотношение производительность/цена.

Основные их характеристики:

* Один или несколько высокопроизводительных процессов;

* Обычно используют ту или иную разновидность OC Unix;

* ОЗУ до десятков и сотен Гбайт;

* Емкость ВЗУ до нескольких сотен Гбайт;

* Обычно имеют подключение меньшого, чем мэйнфреймы, числа внешних устройств;

* Имеют стоимость от нескольких тысяч до нескольких млн. долл.

Персональные ЭВМ (ПЭВМ, ПК, РС)- ЭВМ ординарной производительности, допускающие использование относительно небольшого числа устройств ввода-вывода.

Термин «персональный компьютер» используется, чтобы указать на то, что это ЭВМ, архитектура которой ориентирована главным образом на индивидуальное использование. Однако ПК часто используются и в качестве сетевых серверов для управления относительно небольшими сетями (ПК-серверы). Персональные ЭВМ разделяют на стационарные и портативные.

Стационарные ПК (настольные ПК, desktop РС) предназначены для использования в условиях подключения к стационарной электрической сети. Портативные ПК (мобильные ПК) имеют небольшие размеры, малый вес и могут использоваться как при стационарном, так и при автономном электропитании.

Различают портфельные (ноутбуки, субноутбуки-notebooks, subnotebooks) и карманные (КПК, PDA(Personal Digital Assistant), Росkеt РС) портативные ПК. Карманные и часть портфельных ПК с точки зрения особенностей архитектуры относятся к особому классу мобильных устройств. Традиционные ноутбуки и субноутбуки также являются мобильными устройствами, но с учетом основных особенностей архитектуры идентичны настольным ПК.

Сейчас 92-93% рынка настольных и портативных портфельных ПК приходятся на так называемые IBM-совместимые ПК. Их производят тысячи фирм-производителей во всем мире. Своей популярностью IBM-совместимые ПК обязаны так называемой открытой архитектуре.

Сетевые компьютеры-ЭВМ, предназначены только для использования в компьютерной сети. Они не имеют ВЗУ и загружают программы с сетевого сервера. Исполнение программ происходит на самом сетевом компьютере, но программы и обрабатываемые ими данные хранятся на сетевом сервере. Этим они отличаются от традиционных ПК, загружающих ОС и прикладные программы с собственных дисков.

Достоинство сетевых компьютеров в том, что их легче администрировать, поскольку все программы хранятся в единственном экземпляре на сетевом сервере. Недостаток в том, что вне сети не могут функционировать.

Мобильные устройства. Точного определения понятия «мобильные устройства» нет. В широком смысле к мобильным устройствам относятся все разновидности цифровых переносных устройств. В более узком понимании мобильными устройствами называют переносные ПК. Как отдельную группу мобильных устройств, следует рассматривать карманные компьютеры (КПК), которые имеют особую архитектуру, используют свои типы процессоров. Они разделяются на клавиатурные (Hand Help PC) и бесклавиатурные (Palm Top PC).

В последнее время наблюдается большой рост интереса к КПК. Становится популярной идея объединения в КПК нескольких устройств: собственно КПК, мобильного телефона, цифровой камеры, диктофона, приемника, МР3-плеера. Для них используется термин «смартфон ».

Заключение

В процессе работы я узнала, когда и в каком университете была создана первая ЭВМ, из чего состоит компьютер, ознакомилась с архитектурой ЭВМ, узнала, какие бывают классы компьютеров и для чего они предназначены.

Список использованной литературы

1. Н.В. Максимов, Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. 3 изд. - М.: Форум-Инфра-М, 2010

2. В.П. Мельников. Информационные технологи. 2 изд. - М.: Академия, 2009

3. С.В. Симонович. Информатика. 2 изд. - СПб.: Питер, 2010

Размещено на Allbest.ru