Классификация и области применения ЭВМ различных классов.

В настоящее время в мире произведены, работают и продолжают выпускаться миллионы вычислительных машин, относящихся к раз­личным поколениям, типам, классам; отличающихся своими областя­ми применения, техническими характеристиками и вычислительными возможностями. Традиционно электронную вычислительную техни­ку подразделяют на аналоговую и цифровую.

В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями анало­говых величин: тока, напряжения, угла поворота какого-то механиз­ма и т.п. Эти машины обеспечивают приемлемое быстродействие, но

не очень высокую точность вычислений (0,001 — 0,01). Подобные машины распространены не очень широко. Они используются в ос­новном в проектных и научно-исследовательских учреждениях в со­ставе различных стендов по отработке сложных образцов техники. По своему назначению их можно рассматривать как специализиро­ванные вычислительные машины.

В настоящее время под словом ЭВМ обычно понимают цифровые вычислительные машины, в которых информация кодируется двоич­ными кодами чисел. Именно эти машины благодаря универсальным возможностям и являются самой массовой вычислительной техникой.

Рынок современных компьютеров отличается разнообразием и динамизмом, каких еще не знала ни одна область человеческой дея­тельности. Каждый год стоимость вычислений сокращается пример­но на 25—30%, стоимость хранения единицы информации — до 40%. Практически каждое десятилетие меняется поколение машин, каждые год-два — основные типы микропроцессоров, определяющих харак­теристики новых ЭВМ. Такие темпы сохраняются уже многие годы.

То, что 10—15 лет назад считалось современной большой ЭВМ, в настоящее время является устаревшей техникой с очень скромными возможностями. Современный персональный компьютер с быстродей­ствием в сотни миллионов операций в секунду становится доступ­ным средством для массового пользователя.

В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Например, 8 клас­сификациях десятилетней давности широко использовались названия мини-, миди- и микроЭВМ, которые сейчас почти исчезли из обихода. Вместе с тем существует целый ряд закономерностей развития вы­числительной техники, которые позволяют предвидеть и предсказы­вать основные результаты этого поступательного движения. Необ­ходимо анализировать традиционные и новые области применения ЭВМ, классы и типы используемых вычислительных средств, сложив­шуюся конъюнктуру рынка информационных технологий и его дина­мику, количество и качество вычислительной техники, выпускаемой признанными лидерами — производителями средств ЭВТ и т.д. Ко­ротко рассмотрим эти основные вопросы, выяснение которых позво­лит понять, какая вычислительная техника необходима для решения определенных задач.

Академик В.М. Глушков указывал, что существуют три глобаль­ные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ.

Первое направление является традиционным — применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Научно-техническая революция во всех областях науки и техники постоянно выдвигает новые научные, инженерные, экономические задачи, которые требуют проведения крупномасштабных вычислений (задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и кос­мическая техника и др.). Отличительной особенностью этого направ­ления является наличие хорошей математической основы, заложен­ной развитием математических наук и их приложений. Первые, а за­тем и последующие вычислительные машины классической структу­ры в основном и создавались для автоматизации вычислений.

Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в си­стемах управления. Она зародилась примерно в шестидесятые годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления ав­томатических и автоматизированных систем. Математическая база этой новой сферы практически отсутствовала, в течение последую­щих 15—20 лет она была создана.

Новое применение вычислительных машин потребовало видоиз­менения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки.

Сопряжение с каналами связи потребовало усложнения режимов работы ЭВМ, сделало их многопрограммными и многопользователь­скими. Для исключения взаимных помех между программами пользо­вателей в структуру машин были введены средства разграничения: блоки прерываний и приоритетов, блоки защиты, средства измерения времени и т,п. Для управления разнообразной периферией стали ис­пользоваться специальные процессоры ввода-вывода данных или ка­налы. Именно тогда и появился дисплей как средство оперативного человеко-машинного взаимодействия пользователя с ЭВМ.

Новой сфере работ в наибольшей степени отвечали мини-ЭВМ. Именно они стали использоваться для управления отраслями, пред­приятиями, корпорациями. Машины нового типа удовлетворяли сле­дующим требованиям:

* были более дешевыми по сравнению с большими ЭВМ, обеспечи­вающими централизованную обработку данных;

* были более надежными, особенно при работе в контуре управления; » обладали большой гибкостью и адаптируемостью настройки на конкретные условия функционирования;

* имели архитектурную прозрачность, т.е. структура и функции

ЭВМ были понятны пользователям.

Одновременно со структурными изменениями ЭВМ происходило и качественное изменение характера вычислений. Доля чисто мате­матических расчетов постоянно сокращалась, и на сегодняшний день она составляет около 10% от всех вычислительных работ. Машины все больше стали использоваться для новых видов обработки: тек­стов, графики, звука и др. Для выполнения этих работ в настоящее время применяются в основном ПЭВМ.

Третье направление связано с применением ЭВМ для решения за­дач искусственного интеллекта. Напомним, что задачи искусственкого интеллекта предполагают получение не точного результата, а чаще всего осредненного в статистическом, вероятностном смысле. Примеров подобных задач много: задачи робототехники, доказатель­ства теорем, машинного перевода текстов с одного языка на другой, планирования с учетом неполной информации, составления прогно­зов, моделирования сложных процессов и явлений и т.д. Это направ­ление постепенно набирает силу. Во многих областях науки и техни­ки создаются и совершенствуются базы данных и базы знаний, экс­пертные системы, Для технического обеспечения этого направления нужны качественно новые структуры ЭВМ с большим количеством вычислителей (ЭВМ или процессорных элементов), обеспечивающих параллелизм в вычислениях. По существу, ЭВМ уступают место слож­нейшим вычислительным системам.

Даже это краткое перечисление областей применения ЭВМ пока­зывает, что для решения различных задач нужна соответственно и разная вычислительная техника. Поэтому рынок компьютеров посто­янно имеет широкую градацию классов и моделей ЭВМ. Фирмы-про­изводители очень внимательно отслеживают состояние рынка ЭВМ. Они не просто констатируют отдельные факты и тенденции, а стре­мятся активно воздействовать на них и опережать потребности по­требителей. Так, например, фирма IBM, производящая примерно 80% мирового машинного парка, в настоящее время выпускает в основ­ном четыре класса компьютеров, перекрывая ими широкий класс за­дач пользователей.

Большие ЭВМ (mainframe), которые представляют собой много­пользовательские машины с центральной обработкой, с больши­ми возможностями для работы с базами данных, с различными формами удаленного доступа. Казалось бы, что с появлением бы­стро прогрессирующих ПЭВМ большие ЭВМ обречены на выми­рание, однако они продолжают развиваться, и выпуск их снова стал увеличиваться, хотя их доля в общем парке постоянно снижа­ется. По оценкам IBM, около половины всего объема данных в информационных системах мира должно храниться именно на боль­ших машинах. Новое их поколение предназначено для использова­ния в сетях в качестве крупных серверов. Начало этого направле­ния было положено фирмой IBM еще в 60-е годы выпуском машин IBM/360, IBM/370. Эти машины получили широкое распростране­ние в мире.

Развитие ЭВМ данного класса имело и имеет большое значение для России. В 1970—1990 гг, основные усилия нашей страны в об­ласти вычислительной техники были сосредоточены на программе ЕС ЭВМ (Единой системы ЭВМ), заимствовавшей архитектуру IBM 360/370. Было выпущено несколько десятков тысяч ЭВМ этой сис­темы. Более 5000 ЭВМ серии ЕС еще продолжают работать в раз­личных учреждениях и на производствах. Большинство АСУ верхнего уровня государственного управления в РФ (в силовых струк­турах, банках, на транспорте, в связи и т.д.) оснащены этими маши­нами. Накоплен громадный программно-информационный задел, который следует рассматривать как элемент национального досто­яния (по стоимости) и элемент национальной безопасности (по стра­тегической значимости). Поэтому принято решение и дальше разви­вать это направление, После подписания соглашения с фирмой IBM в марте 1993 г. Россия получила право производить 23 новейшие модели-аналоги ЭВМ IBM S/390. По расходам на управление и эк­сплуатацию эти машины оказываются эффективнее других вычис­лительных средств.

• Машины RS/6000 — очень мощные по производительности, пред­назначены для построения рабочих станций для работы с графи­кой, UNIX-серверов, кластерных комплексов. Первоначально эти машины предполагалось применять для обеспечения научных ис­следований.

• Средние ЭВМ, предназначенные в первую очередь для работы в финансовых структурах (ЭВМ типа AS/400 (Advanced Portable Model 3) — «бизнес-компьютеры», 64-разрядные). В этих маши­нах особое внимание уделяется сохранению и безопасности дан­ных, программной совместимости и т.д. Используются в качестве серверов локальных сетей и сетей корпораций, успешно конкури­руют с многопроцессорными серверами других фирм. Компьютеры на платформе микросхем фирмы Intel. IBM-совмес­тимые компьютеры этого класса составляют примерно 50% рын­ка всей компьютерной техники. Более половины их поступает в сферу малого бизнеса. Несмотря на столь внушительный объем выпуска персональных компьютеров этой платформы, фирма IBM проводит большие исследования и развивает собственную альтер­нативную платформу, получившую название Power PC. Это на­правление, по мнению фирмы, позволило бы значительно улучшить структуру аппаратных средств ПК, а значит, и эффективность их применения. Однако новые модели этой платформы пока не вы­держивают конкуренции с IBM PC. Немаловажным здесь являет­ся и неразвитость рынка программного обеспечения, поэтому у массового пользователя это направление не находит спроса, и доля' компьютеров с процессорами Power PC пока еще незначительна. Кроме перечисленных типов вычислительной техники, необходи­мо отметить класс вычислительных систем, получивший название суперЭВМ. С развитием науки и техники постоянно выдвигаются новые крупномасштабные задачи, требующие выполнения больших объемов вычислений. Особенно эффективно применение суперЭВМ при решении задач проектирования, в которых натурные эксперимен­ты оказываются дорогостоящими, недоступными или практически неосуществимыми. В этом случае ЭВМ позволяет методами численнего уровня государственного управления в РФ (в силовых струк­турах, банках, на транспорте, в связи и т.д.) оснащены этими маши­нами. Накоплен громадный программно-информационный задел, который следует рассматривать как элемент национального досто­яния (по стоимости) и элемент национальной безопасности (по стра­тегической значимости). Поэтому принято решение и дальше разви­вать это направление, После подписания соглашения с фирмой IBM в марте 1993 г. Россия получила право производить 23 новейшие модели-аналоги ЭВМ IBM S/390. По расходам на управление и эк­сплуатацию эти машины оказываются эффективнее других вычис­лительных средств.

• Машины RS/6000 — очень мощные по производительности, пред­назначены для построения рабочих станций для работы с графи­кой, UNIX-серверов, кластерных комплексов. Первоначально эти машины предполагалось применять для обеспечения научных ис­следований.

• Средние ЭВМ, предназначенные в первую очередь для работы в финансовых структурах (ЭВМ типа AS/400 (Advanced Portable Model 3) — «бизнес-компьютеры», 64-разрядные). В этих маши­нах особое внимание уделяется сохранению и безопасности дан­ных, программной совместимости и т.д. Используются в качестве серверов локальных сетей и сетей корпораций, успешно конкури­руют с многопроцессорными серверами других фирм.

• Компьютеры на платформе микросхем фирмы Intel. IBM-совмес­тимые компьютеры этого класса составляют примерно 50% рын­ка всей компьютерной техники. Более половины их поступает в сферу малого бизнеса. Несмотря на столь внушительный объем выпуска персональных компьютеров этой платформы, фирма IBM проводит большие исследования и развивает собственную альтер­нативную платформу, получившую название Power PC

Необходимо отметить и еще один класс наиболее массовых средств ЭВТ — встраиваемые микропроцессоры. Успехи микроэлектроники позволяют создавать миниатюрные вычислительные устройства, вплоть до однокристальных ЭВМ. Эти устройства, универсальные по характеру применения, могут встраиваться в отдельные машины, объекты, системы. Они находят все большее применение в бытовой технике (телефонах, телевизорах, электронных часах, микроволновых печах и т.д.), в городском хозяйстве (энерго-, тепло-, водоснабжении, регулировке движения транспорта и т.д.), на производстве (робото­технике, управлении технологическими процессами). Постепенно они входят в нашу жизнь, все больше изменяя среду обитания человека.

Таким образом, можно предложить следующую классификацию средств вычислительной техники, в основу которой положено их раз­деление по быстродействию:

• суперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных за­дач, для обслуживания крупнейших информационных банков дан­ных;

• большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориаль­ных и региональных вычислительных центров;

• средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными тех­нологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработ­кой информации в качестве сетевых серверов;

• персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлет­ворять индивидуальные потребности пользователей. На базе это­го класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня;

• встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматиза­цию управления отдельными устройствами и механизмами. С развитием сетевых технологий все больше начинает использо­ваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети:

• мощные машины и вычислительные системы для управления ги­гантскими сетевыми хранилищами информации;

• кластерные, структуры;

• серверы;

• рабочие станции;

• сетевые компьютеры.

Мощные машины и вычислительные системы предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в. отличие от них они являются более специализированными и ориенти­рованными на обслуживание мощных потоков информации.

Кластерные структуры представляют собой многомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечи­вая необходимую производительность, надежность, готовность и дру­гие характеристики.

Серверы — это вычислительные машины и системы, управляю­щие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, почтовые, коммуникационные, Web-серверы и др.

Термин «рабочая станция» отражает факт наличия в сетях або­нентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПЭВМ, обеспечивающих работу основной массы непрофессио­нальных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.

Сетевые компьютеры представляют собой упрощенные персональ­ные компьютеры, вплоть до карманных ПК. Их основным назначени­ем является обеспечение доступа к сетевым информационным ресур­сам. Вычислительные возможности у них достаточно низкие.

Высокие скорости вычислений, обеспечиваемые ЭВМ различных классов, позволяют перерабатывать и выдавать все большее количе­ство информации, что, в свою очередь, порождает потребности в со­здании связей между отдельно используемыми ЭВМ. Поэтому все со­временные ЭВМ в настоящее время имеют средства подключения к сетям связи и объединения в системы.

Перечисленные типы ЭВМ, которые должны использоваться в ин­дустриально развитых странах, образуют некое подобие пирамиды с определенным соотношением численности ЭВМ каждого слоя и набо­ром их технических характеристик. Распределение вычислительных возможностей по слоям должно быть сбалансировано.