ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ

Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должен иметь следующие характеристики:

§ малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

§ автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

§ гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

§ "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

§ высокую надежность работы (более 5000 ч наработки на отказ).

Среди зарубежных ПК (табл. 5.2) следует отметить компьютеры американской фирмы IBM: IBM PC/XT, IBM PC/AT на микропроцессорах 80286 (16-разрядные), IBM PS/2 8030 -PS/2 8080 (PS – Personal System), все PS, кроме PS/2 8080, – 16-разрядные, PS/2 8080 – 32-разрядная, IBM PC на МП 80386 и 80486 (32-разрядные), IBM PC на МП Pentium и Pentium Pro (64-разрядные).

Широко известны персональные компьютеры, выпускаемые американскими фирмами: Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC, а также фирмами Великобритании: Spectrum, Amstrad; Франции: Micral; Италии: Olivetty; Японии: Toshiba, Panasonic и Partner.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры клона (архитектуры определенного направления) IBM, первые модели которых появились в 1981 г. Существенно им уступают по популярности персональные компьютеры клона DEC (Digital Equipment Corporation), в частности широкоизвестные ПК Macintosh фирмы Apple, занимающие по распространимости 2-е место.

В начале 90-х гг. мировой парк компьютеров составлял примерно 150 млн. шт., из них около 90% – это персональные компьютеры, в частности профессиональных ПК типа IBM PC более 100 млн. шт. (около 75% всех ПК); профессиональных ПК типа DEC около 5 млн. шт.

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

Примечание. Производство ПК с МП 80486 и ниже практически уже прекращено.

Отечественная промышленность (страны СНГ) выпускала DEC-совместимые (диалоговые вычислительные комплексы ДВК-1 – ДВК-4 на основе Электроники МС-1201, Электроники 85, Электроники 32 и др.) и IBM PC-совместимые ( ЕС 1840 – ЕС 1842, ЕС 1845, ЕС1849, ЕС1861, Искра 1030, Искра 4816, Нейрон И9.66 и др.) компьютеры. Остальные типы отечественных ПК (Агат, Микроша, Спектр, Орбита, БК и др.) существенно уступают по своим характеристикам вышеназванным. Причем если еще лет 8-10 назад мы ориентировались в основном на DEC-совместимые ПК, то сейчас подавляющее большинство отечественных персональных компьютеров собирается из импортных комплектующих и относится к IBM PC-совместимым.

Таблица 5.2. Усредненные характеристики современных ПК IBM PC

Персональные компьютеры можно классифицировать по ряду признаков.

По поколениям персональные компьютеры делятся следующим образом:

§ ПК 1-го поколения – используют 8-битные микропроцессоры;

§ ПК 2-го поколения – используют 16-битные микропроцессоры;

§ ПК 3-го поколения – используют 32-битные микропроцессоры;

§ ПК 4-го поколения – используют 64-битные микропроцессоры.

Классификация ПК по конструктивным особенностям показана на рис. 5.6.

Рис. 5.6.Классификация персональных компьютеров по конструктивным особенностям

СУПЕРЭВМ

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

Типовая модель суперЭВМ 2000 г., по прогнозу, будет иметь следующие характеристики:

§ высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием примерно 100 000 MFLOPS;

§ емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1-10 Тбайт (1 Тбайт = 1000 Гбайт);

§ разрядность 64; 128 бит.

Фирма Cray Research намерена к 2000 г. создать суперЭВМ производительностью 1 TFLOPS = 1 000 000 MFLOPS.

Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:

§ магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD – Multiple Instruction Single Data);

§ векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными – однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD – Single Instruction Multiple Data);

§ матричные МПВС, в которых МП одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных – многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD – Multiple Instruction Multiple Data).

Условные структуры однопроцессорной (SISD – Single Instruction Single Data) и названных многопроцессорных вычислительных систем показаны на рис. 5.7. В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры МПВС:

§ структура MIMD в классическом ее варианте (например, в суперкомпьютере BSP фирмы Burroughs);

§ параллельно-конвейерная модификация, иначе, MMISD, т.е. многопроцессорная (Multiple) MISD-архитектура (например, в суперкомпьютере "Эльбрус 3");

§ параллельно-векторная модификация, иначе, MSIMD, т.е. многопроцессорная SIMD-архитектура (например, в суперкомпьютере Cray 2).

Наибольшую эффективность показала MSIMD-архитектура, поэтому в современных суперЭВМ чаще всего используется именно она (суперкомпьютеры фирм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi и др.).

Первая суперЭВМ была задумана в 1960 г. и создана в 1972 г. (машина ILLIAC IV с производительностью 20 MFLOPS), а начиная с 1974 г. лидерство в разработке суперЭВМ захватила фирма Cray Research, выпустившая ЭВМ Cray 1 производительностью 160 MFLOPS и объемом оперативной памяти 64 Мбайта, а в 1984 г. – ЭВМ Cray 2, в полной мере реализовавшую архитектуру MSIMD и ознаменовавшую появление нового поколения суперЭВМ. Производительность Cray 2 – 2000 MFLOPS, объем оперативной памяти – 2 Гбайта. Классическое соотношение, ибо критерий сбалансированности ресурсов ЭВМ – каждому MFLOPS производительности процессора должно соответствовать не менее 1 Мбайта оперативной памяти.

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ (в 1991 г. - 900 шт.), начиная от простеньких офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP C90 фирмы Cray Research, Cyber 205 фирмы Control Data, SX-3 и SX-X фирмы NEC, VP 2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (ФРГ) и др., производительностью несколько десятков тысяч MFLOPS; среди лучших суперЭВМ можно отметить и отечественные суперкомпьютеры.

Рис. 5.7. Условные структуры вычислительных систем:

а – SISD (однопроцессорная); б – MISD (конвейерная);

в – SIMD (векторная); г – MIMD (матричная)

В сфере суперЭВМ Россия, пожалуй, впервые представила собственные оригинальные модели ЭВМ. Все остальные: и ПК, и малые, и универсальные ЭВМ, за редким исключением (например, ЭВМ Рута 110), на базе отечественной технологии копировали зарубежные разработки (в первую очередь разработки фирм США).

В СССР, а позднее в России была разработана и реализуется (сейчас, правда, почти заморожена) государственная программа разработки суперкомпьютеров. По этой программе были разработаны и частично выпущены такие суперЭВМ, как повторяющая архитектуру Cray Электроника СС БИС; оригинальные разработки: ЕС1191, 1195, 1191.01, 1191.10, Эльбрус 1, 2, 3, 3Б. Разработка ЕС 1191 с производительностью 1200 MFLOPS из-за нехватки средств заморожена; офисные варианты ЕС 1195 и ЕС 1191.01 имеют производительность соответственно 50 и 500 MFLOPS; идет разработка ЕС 1191.10 с ожидаемой производительностью 2000 MFLOPS.

СЕРВЕРЫ

Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях, – серверы. Серверы обычно относят к микроЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.

Пример 5.1.Сервер Marshall-NP на базе МП Pentium-100 имеет основную память до 512 Мбайт, дисковую память – до 3 Гбайт. Суперсервер CRAY 6400 имеет 64 процессора, основную память до 16 Гбайт, дисковую память 2000 Гбайт, 64 канала ввода-вывода.

Сервер – выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный сервер часто называют сервером приложений.

Серверы в сети часто специализируются. Специализированные серверы используются для устранения наиболее "узких" мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и др.

Файл-сервер (File Server) используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до 1 Тбайта.

Архивационный сервер (сервер резервного копирования, Storage Express System) служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами емкостью до 5 Гбайт; обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации от серверов и рабочих станций по сценарию, заданному администратором сети (естественно, с составлением каталога архива).

Факс-сервер (Net SatisFaxion) – выделенная рабочая станция для организации эффективной многоадресной факсимильной связи с несколькими факс-модемными платами, со специальной защитой информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электронных факсов.

Почтовый сервер (Mail Server) – то же, что и факс-сервер, но для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.

Сервер печати (Print Server, Net Port) предназначен для эффективного использования системных принтеров.

Сервер телеконференций имеет систему автоматической обработки видеоизображений и др.