Основные классы вычислительных машин

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Вычислительные машины могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

принцип действия;

этапы создания и элементная база;

назначение;

способ организации вычислительного процесса;

размер, вычислительная мощность;

функциональные возможности;

способность к параллельному выполнению программ и т.д.

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 2.4):

аналоговые;

цифровые;

гибридные.

Рис. 2.4. Классификация вычислительных машин по принципу действия

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 2.5).

Аналоговая форма Цифровая импульсная форма

Рис. 2.5. Две формы представления информации в машинах

ЦВМ– цифровые вычислительные машины или вычислительные машины дискретного действия – работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме.

АВМ – аналоговые вычислительные машины или вычислительные машины непрерывного действия – работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

ГВМ – гибридные вычислительные машины или вычислительные машины комбинированного действия – работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

АВМ весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения их на этих машинах, как правило, не трудоемкое. Скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность до 2-5 %). На АВМ эффективно решаются математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

В экономике (да и в науке и технике) получили подавляющее применение ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

По назначению компьютеры можно разделить на три группы (рис. 2.6):

универсальные (общего назначения);

проблемно-ориентированные;

специализированные.

Рис. 2.6. Классификация компьютеров по назначению

Универсальные компьютеры предназначены для решения самых различных инженерно-технических, экономических, математических, информационных и т.д. задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных компьютеров являются:

высокая производительность;

разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;

обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;

большая емкость оперативной памяти;

развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные компьютеры предназначены для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по сравнительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными, по сравнению с универсальными компьютерами, аппаратными и программными ресурсами.

Специализированные компьютеры предназначены для решения определенного узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация компьютеров позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

К специализированным компьютерам можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить (рис. 2.7) на сверхбольшие (суперкомпьютеры, суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микрокомпьютеры или микроЭВМ, не путать с классификацией по другим параметрам, так как микрокомпьютерами или микроЭВМ часто называют все компьютеры на основе микропроцессоров).

Рис. 2.7. Классификация компьютеров по размерам и

вычислительной мощности

Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как:

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

· разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует компьютер;

· 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 компьютера между собой (тип внутримашинного интерфейса);

· способность компьютера 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 компьютеров (программная совместимость с другими типами компьютеров);

· система и структура машинных команд;

· возможность подключения к каналам связи и вычислительной сети;

· эксплуатационная надежность компьютера;

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