Вычислительные машины и их классификация

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер — комплекс программно-технических средств, предназначенных для автоматического преобразования информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Функциональные возможности ЭВМ обусловлены такими важными технико-эксплуатационными характеристиками, как:

быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

система и структура машинных команд;

возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

эксплуатационная надежность ЭВМ;

коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:

1-е поколение, 50-е годы: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

3-е поколение, 70-е годы: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни — тысячи транзисторов в одном корпусе);

4-е поколение, 80-е годы: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах — микропроцессорах (десятки тысяч — миллионы транзисторов в одном кристалле);

5-е поколение, 90-е годы: 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 инструкций программы;

6-е 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.

Интегральная схема — электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с ему предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить: на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

Некоторые характеристики названных классов современных ЭВМ показаны в табл. 2.1.

Исторически первыми появилисьбольшие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.

Первая большая ЭВМ ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 г. Эта машина весила более 50 тонн, имела быстродействие несколько сотен операций в секунду;

оперативную память емкостью 20 чисел; занимала огромный зал площадью около 100 кв. м.

Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для решения ряда задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.

Появление в 70-х годахмалых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой — избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управления технологическими процессами. Они более компактны и существенно дешевле больших ЭВМ.

Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновениюсупермини-ЭВМ — вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых ЭВМ, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.

Таблица 2.1.