Класифікація обчислювальних систем

Персональні комп'ютери і робочі станції. Персональні комп'ютери (ПК) з'явилися в результаті еволюції міні-комп'ютерів при переході елементної бази машин з малою і середньою мірою інтеграції на великі та надвеликі інтегральні схеми. ПК, завдяки своїй низькій вартості, дуже швидко завоювали хороші позиції на комп'ютерному ринку і створили передумови для розробки нових програмних засобів, орієнтованих на кінцевого користувача. Це передусім - "дружні інтерфейси" користувача, а також проблемно-орієнтовані середовища і інструментальні засоби для автоматизації розробки прикладних програм.

Міні-комп'ютери стали пращурами і іншого напряму розвитку сучасних систем - 32-розрядних машин. Створення RISC-процесорів і мікросхем пам'яті ємністю більше за 1 Мбіт привело до остаточного оформлення настільних систем високої продуктивності, які сьогодні відомі як робочі станції. Первинна орієнтація робочих станцій на професійних користувачів (на відміну від ПК, які на початку орієнтувалися на самого широкого споживача-непрофесіонала) привела до того, що робочі станції - це добре збалансовані системи, в яких висока швидкодія поєднується з великим об'ємом оперативної і зовнішньої пам'яті, високопродуктивними внутрішніми магістралями, високоякісною і швидкодіючою графічною підсистемою та різноманітними пристроями вводу/виводу. Ця властивість вигідно відрізняє робочі станції середнього та високого класу від ПК і сьогодні. Навіть найбільш могутні IBM PC сумісні ПК не в змозі задовольнити зростаючі потреби систем обробки із-за наявності в їх архітектурі ряду "вузьких місць".

Сучасний ринок "персональних робочих станцій" не просто визначити. По суті він являє собою сукупність архітектурних платформ персональних комп'ютерів і робочих станцій, які з'явилися в даний час, оскільки постачальники комп'ютерного устаткування приділяють все більшу увагу ринку продуктів для комерції і бізнесу. Цей ринок традиційно вважався вотчиною міні-комп'ютерів і мейнфреймів, які підтримували роботу настільних терміналів з обмеженим інтелектом. У минулому персональні комп'ютери не були досить могутніми і не мали в своєму розпорядженні достатні функціональні можливості, щоб служити адекватною заміною підключених до головної машини терміналів. З іншого боку, робочі станції на платформі UNIX були дуже сильні в науковому, технічному і інженерному секторах та були майже також незручні, як і ПК для того, щоб виконувати серйозні офісні додатки. Відтоді ситуація змінилася корінним чином. Персональні комп'ютери в даний час мають достатню продуктивність, а робочі станції на базі UNIX мають програмне забезпечення, здатне виконувати більшість функцій, які стали асоціюватися з поняттям "персональної робочої станції". Ймовірно обидва ці напрямки можуть серйозно розглядатися як мережевий ресурс для систем масштабу підприємства. У результаті цих змін практично пішли зі сцени старомодні міні-комп'ютери з їх патентованою архітектурою і використанням терміналів, що приєднуються до головної машини. По мірі продовження процесу розукрупнення (downsizing) і збільшення продуктивності платформи Intel найбільш могутні ПК (але все ж частіше відкриті системи на базі UNIX) стали використовуватися як сервери, поступово замінюючи міні-комп'ютери.

X-термінали. X-термінали являють собою комбінацію бездискових робочих станцій і стандартних ASCII-терміналів. Бездискові робочі станції часто застосовувалися як дорогі дисплеї і в цьому випадку не повністю використали локальну обчислювальну потужність. Одночасно багато які користувачі ASCII-терміналів хотіли поліпшити їх характеристики, щоб отримати можливість роботи в багатовіконній системі і графічні можливості. Зовсім недавно, як тільки стали доступними дуже могутні графічні робочі станції, з'явилася тенденція застосування "підлеглих" X-терміналів, які використовують робочу станцію як локальний сервер.

На комп'ютерному ринку X-термінали займають проміжне положення між персональними комп'ютерами і робочими станціями. Постачальники X-терміналів заявляють, що їх вироби більш ефективні у вартісному відношенні, чим робочі станції високого цінового класу, і пропонують збільшений рівень продуктивності в порівнянні з персональними комп'ютерами. Швидке зниження цін, що прогнозується іноді в секторі X-терміналів, в даний час йде очевидно завдяки конкуренції, що загострилася в цьому секторі ринку. Багато компаній розпочали активно конкурувати за розподіл ринку, а швидкий ріст об'ємного постачання створив передумови для створення такого ринку. У даний час вже досягнута ціна в $1000 для Х-терміналів початкового рівня, що робить цю технологію доступною для користувача бази.

Як правило, вартість X-терміналів складає біля половини вартості порівнянної по конфігурації бездискової машини і приблизно чверть вартості повністю оснащеної робочої станції.

X-термінали відрізняються від ПК і робочих станцій не тільки тим, що не виконує функції звичайної локальної обробки. Робота X-терміналів залежить від головної (хост) системи, до якої вони підключені за допомогою мережі. Для того, щоб X-термінал міг працювати, користувачі повинні інсталювати програмне забезпечення багатовіконного сервера X11 на головному процесорі, що виконує прикладну задачу (найбільш відома версія X11 Release 5). Х-термінали відрізняються також від стандартних алфавітно-цифрових ASCII і традиційних графічних дисплейних терміналів тим, що вони можуть бути підключені до будь-якої головної системи, яка підтримує стандарт X-Windows. Більше за те, локальна обчислювальна потужність X-термінала звичайно використовується для обробки відображення, а не обробки додатків (званих клієнтами), які виконуються виключно на головному комп'ютері (сервері). Виведення такого видаленого додатку просто відображається на екрані X-термінала.

Мінімальний об'єм необхідної для роботи пам'яті X-термінала складає 1 Мбайт, але частіше за 2 Мбайта. У залежності від функціональних можливостей виробу оперативна пам'ять може розширятися до 32 Мбайт і більше.

Оснащений стандартною системою X-Windows, X-термінал може відображати на одному і тому ж екрані безліч додатків одночасно. Кожний додаток може виконуватися в своєму вікні і користувач може змінювати розміри вікон, їх розташування і маніпулювати ними в будь-якому місці екрана.

Сервери. Прикладні багатокористувачеві комерційні і бізнес-системи, що включають системи управління базами даних та обробки трансакцій, великі видавничі системи, мережеві додатки і системи обслуговування комунікацій, розробку програмного забезпечення і обробку зображень все більш настирливо вимагають переходу до моделі обчислень "клієнт-сервер" і розподіленій обробці. У розподіленій моделі "клієнт-сервер" частину роботи виконує сервер, а частину - комп'ютер користувача (в загальному випадку клієнтська і призначена для користувача, частини можуть працювати і на одному комп'ютері). Існує декілька типів серверів, орієнтованих на різні застосування: файл-сервер, сервер бази даних, принт-сервер, обчислювальний сервер, сервер додатків. Таким чином, тип сервера визначається виглядом ресурсу, яким він володіє (файлова система, база даних, принтери, процесори або прикладні пакети програм).

З іншого боку існує класифікація серверів, що визначається масштабом мережі, в якій вони використовуються: сервер робочої групи, сервер відділу або сервер масштабу підприємства (корпоративний сервер). Ця класифікація вельми умовна. Наприклад, розмір групи може мінятися в діапазоні від декількох чоловік до декількох сотень чоловік, а сервер відділу обслуговувати від 20 до 150 користувачів. Очевидно в залежності від числа користувачів і характеру задач вимоги, що вирішуються ними до складу обладнання і програмного забезпечення сервера, до його надійності і продуктивності сильно варіюються.

Файлові сервери невеликих робочих груп (не більше за 20-30 чоловік) простіше усього реалізовуються на платформі персональних комп'ютерів і програмному забезпеченні Novell NetWare. Файл-сервер, в даному випадку, виконує роль центрального сховища даних. Сервери прикладних систем і високопродуктивні машини для середовища "клієнт-сервер" значно відрізняються вимогами до апаратних і програмних засобів.

Мейнфрейми. Мейнфрейм - це синонім поняття "велика універсальна ЕОМ". Мейнфрейми і до сьогоднішнього дня залишаються найбільш могутніми (не вважаючи суперкомп'ютерів) обчислювальними системами загального призначення, що забезпечують безперервний цілодобовий режим експлуатації. Вони можуть включати один або декілька процесорів, кожний з яких, в свою чергу, може оснащуватися векторними співпроцесорами (прискорювачами операцій з суперкомп’ютерною продуктивністю). У нашій свідомості мейнфрейми все ще асоціюються з великими по габаритах машинами, що вимагають спеціально обладнаних приміщень з системами водяного охолоджування і кондиціонування. Однак це не зовсім так. Прогрес в області елементо-конструкторської бази дозволив істотно скоротити габарити основних пристроїв. Поряд з надпотужними мейнфреймами, що вимагають організації двохконтурної водяної системи охолоджування, є менш могутні моделі, для охолоджування яких досить примусової повітряної вентиляції, і моделі, побудовані за блоково-модульним принципом, які не вимагають спеціальних приміщень і кондиціонерів.

Основними постачальниками мейнфреймів є відомі комп'ютерні компанії IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf і деякі інші, але ведуча роль належить безумовно компанії IBM. Саме архітектура системи IBM/360, випущеної в 1964 році, і її подальші покоління стали зразком для наслідування. У нашій країні протягом багатьох років випускалися машини ряду ЄС ЕОМ, що були вітчизняним аналогом цієї системи.

У архітектурному плані мейнфрейми являють собою багатопроцесорні системи, що містять один або декілька центральних і периферійних процесорів із загальною пам'яттю, пов'язаних між собою високошвидкісними магістралями передачі даних. При цьому основне обчислювальне навантаження лягає на центральні процесори, а периферійні процесори (в термінології IBM - селекторні, блок-мультиплексні, мультиплексні канали і процесори телеобробки) забезпечують роботу з широкою номенклатурою периферійних пристроїв.

Спочатку мейнфрейми орієнтувалися на централізовану модель обчислень, працювали під управлінням патентованих операційних систем і мали обмежені можливості для об'єднання в єдину систему обладнання різних фірм-постачальників. Однак, підвищений інтерес споживачів до відкритих систем, побудованих на базі міжнародних стандартів і які дозволяють досить ефективно використати всі переваги такого підходу, примусив постачальників мейнфреймів істотно розширити можливості своїх операційних систем в напрямі сумісності. У даний час вони демонструють свою "відвертість", забезпечуючи відповідність зі специфікаціями POSIX 1003.3, можливість використання протоколів міжсполучень OSI і TCP/IP або надаючи можливість роботи на своїх комп'ютерах під управлінням операційної системи UNIX власної розробки.

5.5. Класи персональних комп'ютерів і тенденція їх розвитку

За сукупністю базових показників структури, конструктивним виконанням, масо-габаритними характеристиками і призначенням за кордоном виділяють такі головні категорії ПЕОМ: настільні, підлогові та портативні. Кожна з категорій ПЕОМ має визначені типи, головним чином обумовлені потужністю і масо-габаритними характеристиками.

Головні параметри і загальні технічні вимоги до ПЕОМ визначені ГОСТ-27201-87 для таких областей застосування: індивідуального використання в побутових умовах, масового навчання (робочі місця учнів), професійного навчання і діяльності (обробка текстів, планування, економічні та інженерні розрахунки), складної професійної діяльності (освіта, охорона здоров'я, наукова, інженерна, адміністративно-управлінська, фінансова, економічна та ін.), автоматизації проектування, наукових досліджень, технологічних процесів.

Настільні ПЕОМ поширені найбільше широко. В них оптимально поєднуються прийнятні показники призначення і гнучкі функціональні можливості, необхідні для побудови АРМ різноманітного призначення. Головними типами є малі, середні і “важкі” ПЕОМ. Останні являють собою модульні ПЕОМ відкритого типу, вони розраховані на роботу одного користувача та володіють суттєвими функціональними можливостями за рахунок підключення модулів блока розширення, додаткового периферійного обладнання, мережевих засобів.

Підлогові ПЕОМ за своїми можливостями загалом аналогічні настільним “важким” ПЕОМ, за винятком гнучкості в підключенні блоку розширення. Ці ПЕОМ мають, як правило, апаратні та програмні засоби для використання в якості серверів у локальних мережах, а також для зв'язку з потужними ЕОМ загального призначення по уніфікованих стиках і засобах сполучення мереж. Головні типи підлогових ПЕОМ базуються на високопродуктивних МП типу 80286, 80386, 80486, 68020, 68030, 68040 з ОЗП ємністю 2-4 і більш Мбайт, здвоєних НГМД підвищеної ємності, здвоєних НМД типу “вінчестер” значної ємності (40 Мбайт і більш), підтримуваних потоковими НМЛ для скидання інформації з НМД (або локальних мереж).

У моделях використовуються растрові дисплеї зі збільшеним екраном (47 см і більш), із підвищеною дозволяючою спроможністю (720х400; 1024х768), а додаткові кольорові дисплеї (640х480крапок) мають можливість відображення до 256 кольорів.

ПЕОМ додатково комплектуються адаптером виходу на приладні інтерфейси та інтерфейси вводу-виведення мікро-ЕОМ, а також арифметичними прискорювачами.

В даний час істинно 32-розрядні підлогові ПЕОМ за своїми функціональними можливостями відповідають робочим станціям малої і середньої продуктивності, але мають більш низьку вартість.

Портативні ПЕОМ орієнтовані в основному на застосування у професійній діяльності поза своєю організацією, а також на перенесення результатів на більш потужні настільні та підлогові ПЕОМ. В залежності від ступеня портативності й умов використання в даний час розрізняють такі основні типи ПЕОМ: ПЕОМ, що транспортуються; переносні типу “валіза”; переносні типу “дипломат”; “кишенькові” (типу “книги” і “записної книжки”).

Моделі в залежності від призначення розділяються на ті, що мають зовнішнє джерело живлення, автономне живлення і їх комбінацію. У переносних моделях замість моніторів використовуються одно- і двосторонні плоскі екрани, що встановлюються в робочому стані під кутом до клавіатури, яка розміщується на столі. В основному застосовують рідкокристалеві, газоплазменні і електролюмінісцентні екрани різноманітної якості, споживаної потужності, контрастності. У більшості портативних ПЕОМ передбачені засоби для підключення зовнішніх стандартних моніторів для тривалого використання на одному місці.

Сучасні портативні ПЕОМ “важкого” типу мають конструкцію, що забезпечує можливість їх переважного використання в якості настільних ПЕОМ вдома й в офісі. У таких ПЕОМ використовуються портативні клавіатури, що мають 80-85 клавіш, а також передбачається підключення зовнішніх уніфікованих (в основному IВМ РС АТ-сумісні 105-клавіш) клавіатур.

У ряді ПЕОМ є 1-2 гнізда внутрішнього розширення, в інших забезпечується підключення зовнішнього блока розширення. Машини мають ОЗП достатньо великої ємності і можливість для розширення.

У моделях, як правило, є порти вводу-виведення типу Centronics, RS-232С, EGA/VGA, а також засоби для підключення додаткової цифрової клавіатури, зовнішнього НГМД, шини розширення, заглушки для гнізд розширення.

У більшості портативних ПЕОМ з автономним живленням (в основному від нікель-кадмієвих батарей із можливістю перерозрядки) забезпечуються автоматичне і ручне вимикання екрана, НМД і переведення машини в знижене енергоспоживання (за винятком ОЗП) при відносній бездіяльності.

У СРСР були розроблені і широко використовувалися малі ЕОМ "Раздан", "Наїрі". До середніх належали "Урал", "М-20", "Минск"
Ось певні вислови

Дякую теж. Це ви не тут вичитали таке?

Розробники ЕОМ завжди прямували за прогресом в електронній техніці. Коли в середині 50-х років на зміну електронним лампам прийшли напівпровідникові прилади, почалося переведення ЕОМ на напівпровідники. Напівпровідникові прилади (транзистори, діоди) були, по-перше, значно компактнішими, ніж їхні лампові попередники. По-друге, вони мали триваліший термін служби. По-третє, споживання енергії в ЕОМ на напівпровідниках було істотно нижчим.

З упровадженням цифрових елементів на напівпровідникових приладах почалося створення ЕОМ другого покоління. ЕОМ другого покоління відрізняються застосуванням напівпровідникових елементів і використанням алгоритмічних мов програмування. Завдяки застосуванню більш досконалої елементної бази почали створюватися невеликі ЕОМ, сталося розподілення обчислювальних машин на великі, середні й малі.

В Україні першою малою ЕОМ стала машина „Днепр-1”, серійне виробництво якої було налагоджено на заводі „Арсенал” (м. Київ). ЕОМ „Днепр-1” передувала унікальній за своєю архітектурою машині „Мир-1”, розробленій в 1965 р. в Інституті кібернетики (керівник В.М.Глушков). Машина „Мир-1” та її наступна модіфікація”Мир-2” передбачались для інженерних розрахунків, які виконував на ЕОМ сам користувач без допомоги оператора. У СРСР були розроблені і широко використовувалися також малі ЕОМ „Раздан” і „Наїрі”. До середніх ЕОМ належали машини серій „Урал”, „М-21”, „Минск”. Але рекордною серед вітчизняних машин другого покоління і однією з найкращих у світі була „БЭСМ-6”, створена колективом на чолі з академіком С.О.Лебедєвим. Ця машина виконувала понад 1 млн. операцій за секунду. За кордоном найпоширенішими машинами другого покоління були „Елліот” (Англія), „Сіменс” (ФРН), „Стретч” (США).

Чергова заміна поколінь ЕОМ відбулася наприкінці 60-х років при переході від напівпровідникових приладів у пристроях ЕОМ до інтегральних схем. Інтегральна схема (мікросхема) – це невелика пластинка кристалу кремнію, на якій розміщуються сотні і тисячі елементів: діодів, транзисторів, конденсаторів, резисторів тощо. Застосування інтегральних схем надало можливість збільшити кількість електронних елементів в ЕОМ без зміни їхніх реальних розмірів. Швидкодія ЕОМ зросла до 10 мільйонів операцій за секунду. Крім того, складати програми для ЕОМ стало під силу простим користувачам, а не тільки фахівцям у галузі електроніки.

Характерними рисами ЕОМ третього покоління є застосування інтегральних схем і можливість використання розвинутих мов програмування. У третьому поколінні з’явилися великі серії ЕОМ, що розрізняються за своєю продуктивністю і призначенням. Це родина великих і середніх машин ІВМ 360/370, розроблених у США. У Радянському Союзі й у країнах РЕВ були створені аналогічні серії машин: ЄС ЕОМ (Єдина Система ЕОМ, машини великі і середні), СМ ЕОМ (Система Малих ЕОМ) і „Електроніка” (система мікро-ЕОМ).

У процесі вдосконалення мікросхем збільшувалася їхня надійність і щільність розміщених в них елементів. З’явилися великі інтегральні схеми (ВІС), у яких на один квадратний сантиметр припадає декілька десятків тисяч елементів. На основі ВІС були розроблені ЕОМ наступного – четвертого покоління. Завдяки ВІС на одному невеличкому кристалі кремнію стало можливим розмістити таку велику електронну схему, як процесор ЕОМ. Однокристальні процесори згодом почали називатися мікропроцесорами. Перший мікропроцесор був створений компанією Intel (США) у 1971 р. Це був 4-розрядний Intel 4004, що містив 2250 транзисторів і виконував 60 тис. операцій за секунду. Мікропроцесори стали основою міні-ЕОМ, а потім і персональних комп’ютерів, тобто ЕОМ, орієнтованих на одного користувача. Почалася епоха персональних комп’ютерів(ПК), що триває і досі. Однак четверте покоління ЕОМ – це не тільки покоління ПК. Крім персональних комп’ютерів, існують й інші, значно потужніші комп’ютерні системи.

ЕОМ четвертого покоління характеризуються застосуванням мікропроцесорів, побудованих на великих інтегральних схемах. Вплив персональних комп’ютерів на уявлення людей про обчислювальну техніку виявився настільки великим, що поступово з ужитку зник термін „ЕОМ”, а його місце зайняло слово„комп’ютер”.

Починаючи з 90-х років, у потужних комп’ютерах застосовуються супермасштабні ВІС, які вміщують сотні тисяч елементів на квадратний сантиметр. Багато фахівців почали говорити про комп’ютери п’ятого покоління. Характерною рисою комп’ютерів п’ятого покоління повинно бути використання штучного інтелекту і природних мов спілкування. Передбачається, що обчислювальні машини п’ятого покоління будуть легкокерованими. Користувач зможе голосом подавати команди машині.

У людей завжди існувала потреба виконувати ті або інші розрахунки. Поява ЕОМ дала можливість вирішувати такі завдання, які раніше були не під силу механічним і електромеханічним обчислювальним пристроям. Перші потужні ЕОМ конструювалися заради вирішення складних прикладних науково-технічних завдань: визначення координат кораблів, космічних апаратів, розрахунку фізичних процесів, економічного планування тощо. Для виконання різних розрахунків на ЕОМ Створювалося спеціальне математичне і програмне забезпечення. Вартість цього забезпечення вже в 60-ті роки перевищила вартість матеріальної частини ЕОМ. З винаходом персональних комп’ютерів і розробкою мережних технологій з’явилися нові галузі застосування обчислювальної техніки. Наведемо лише основні напрями використання комп’ютерів за нашого часу.

§ Математичні розрахунки – виконання розрахунків за допомогою різних математичних пакетів, електронних таблиць тощо.

§ Бази і банки даних – створюються в різних галузях людської діяльності (законодавство, економіка, бізнес, медицина тощо).

§ Бізнес-додатки – бухгалтерські програми, облік руху товарів і фінансів, обслуговування банків і страхових компаній, автоматизовані системи керування підприємствами тощо.

§ Робота з текстовими матеріалами – створення документів, оптичне розпізнавання, переклад.

§ Видавництво і поліграфія – макетування книг, журналів, газет; автоматизація поліграфічного процесу.

§ Комп’ютерна графіка і живопис – опрацювання графічних зображень, створення малюнків засобами комп’ютерної графіки.

§ Інженерна графіка – різні програмні додатки в архітектурі, машинобудуванні, електронній техніці; створення геоінформаційних систем.

§ Наукові дослідження – машинне моделювання експериментів, розрахунки фізичних моделей тощо.

§ Комунікації – комп’ютерні мережі різного масштабу, Інтернет, електронна пошта, телеконференції.

§ Web- технології – підготовка публікацій, призначених для World Wide Web; електронна комерція.

§ Розваги і дозвілля – мультимедійні додатки, комп’ютерні ігри, контакти із зовнішнім світом.