Информационная модель ЭВМ. Основные виды обработки данных

 

Обработка чисел, символьной информации, логическая обработка, обработка сигналов – это все частные случаи общего понятия под названием “обработка информации”. Для ЭВМ характерен признак: информация представляется с помощью двоичных целых чисел. Существует три этапа обработки информации:

– хранение двоичной информации;

– передача от одного хранилища к другому;

– преобразование.

ЭВМ можно представить как совокупность узлов, соединенных каналом связи. Узлы соединяют в себе функции хранения и преобразования. По каналам связи передается информация от узла к узлу. Мы будем говорить о потоках информации в каналах связи (рис. 16). Некоторые узлы могут иметь специальную функцию ввода информации в систему и вывода из нее.

Рис. 16. Информационная модель ЭВМ

(У – узлы)

 

Показанная на рисунке 16 модель не имеет ограничений на связи между отдельными узлами. Реализовать такую систему весьма сложно. Реально существующие системы имеют ряд ограничений на связи и четкое функциональное назначение отдельных узлов. Функции отдельного узла могут зависеть от его состояния. Состояние узла описывается значениями его внутренних полей (регистров), может определяться процессом его функционирования или задаваться извне. Состояние узла будем называть его режимом. Физически режим может определяться значением регистра узла. Тогда установить режим узла означает присвоить регистру определенное значение.

По каналам связи узлы могут обмениваться либо значащей информацией (сообщениями), либо управляющей. Под сообщениями будем понимать последовательности двоичных цифр, сохраняемые или обрабатываемые узлом. Управляющая информация определяет режимы узлов и каналов связи.

Информационная модель позволяет определить основные характеристики ЭВМ:

1. Узлы хранения имеют вместимость – максимальную, среднюю или минимальную; скорость выборки; разрядность выборки.

2. Преобразующие узлы имеют скорость преобразования.

3. Каналы определяются: скоростью передачи информации (пропускная способность); разрядностью передачи.

Из множества возможных соединений отбираются несколько типовых схем, обеспечивающих простоту, возможность реконфигурации (расширения), надежность, стандартизацию и т.д. Можно отметить следующие схемы (рис. 17):

– с шинной организацией;

– специализированные процессоры (каналы);

– схемы с коммутацией;

– архитектуры с распределенными функциями;

– с конвейерной организацией.

Рис 17. Различные схемы организации ЭВМ

а – ЭВМ с шинной организацией, б – канальная ЭВМ, в – ЭВМ с перекрестной коммутацией, г – конвейерная ЭВМ (КМ – коммутирующая матрица, КВВ – канал ввода-вывода)

 

Рассмотрим некоторые частные модели ЭВМ. Шинная и канальная организации были рассмотрены выше.

Организация с перекрестной коммутацией. Идея структурной организации таких ЭВМ заключается в том, что все связи между узлами осуществляются с помощью специального устройства – коммутирующей матрицы. Коммутирующая матрица может связывать между собой любую пару узлов, причем таких пар может быть сколько угодно – связи не зависят друг от друга. В такой схеме нет конфликтов из-за связей, есть конфликты только из-за ресурсов. Возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет достичь очень высокой производительности комплекса.

Архитектура с распределенными функциями. Это основная идея японского проекта ЭВМ пятого поколения, которая до настоящего времени осталась не реализованной. Суть идеи заключается в том, что обработка информации распределяется по “интеллектуальным” периферийным устройствам. Переход от ЭВМ четвертого поколения к ЭВМ пятого поколения намечалось осуществить не за счет существенного изменения элементной базы (как было ранее), а за счет резкого качественного изменения сложности и интеллектуальности различных компонентов ЭВМ.

Конвейерная организация. Здесь обрабатывающее устройство разделяется на последовательно включенные операционные блоки, каждый из которых специализирован на выполнении строго определенной части операции. При этом работа осуществляется следующим образом: когда i -й операционный блок выполняет i -ю часть j-й операции, (i ’-1)-й операционный блок выполняет (i -1)-ю часть (j+1)-й операции, а (i +1)-й операционный блок выполняет (i ’+1)-ю часть (j-1)-й операции. В результате образуется своего рода конвейер обработки и за счет этого повышается производительность системы.

 

Основные команды ЭВМ

 

Все разнообразие решаемых на ЭВМ задач реализуется с помощью небольшого набора очень простых команд. Система команд у типичной ЭВМ включает в себя всего 60 – 150 базовых команд. Все команды в основном служат для выполнения очень простых действий, таких, как прочитать, запомнить, сложить, сдвинуть, сравнить и т.д. Интеллектуальность ЭВМ достигается за счет того, что ЭВМ способна выполнять программы, состоящие из большого числа таких простых действий с огромной скоростью. Кратко рассмотрим набор команд, используемых в типичных ЭВМ, и действия, реализуемые этими командами.

При описании системы команд ЭВМ обычно принято классифицировать их по функциональному назначению, длине, способу адресации и другим признакам. Классификации команд по различным признакам показаны на рис. 18. Рассмотрим основные группы команд, придерживаясь классификации команд на группы по функциональному признаку.

Рис 18. Классификация команд ЭВМ

 

Команды передачи данных. Данная группа команд включает в себя подгруппы команд передачи кодов между регистрами внутри процессора, из регистров процессора в память, из памяти в регистры процессора, из одних ячеек памяти в другие и передачи данных между процессором и портами внешних устройств. Отдельную подгруппу составляют команды работы со стеком. Они позволяют включать данные в стек для временного хранения и извлекать данные из стека при необходимости их использования.

Команды обработки данных. Данную группу команд с точки зрения выполняемых над данными операций можно подразделить на арифметические (сложить, вычесть, умножить и т.д.), логические (операции И, ИЛИ, НЕ и т.д.) и команды сдвига.

К основным арифметическим действиям обычно относятся сложение и вычитание. Что касается умножения и деления, то они во многих ЭВМ выполняются по специальным программам. Логические операции позволяют компьютеру анализировать обрабатываемую информацию. Простейшими примерами могут служить сравнение, а также известные логические операции И, ИЛИ, НЕ. Кроме того, к ним часто добавляются анализ отдельных битов кода, их сброс и установка. Для доказательства важности команд сдвигов двоичного кода влево и вправо достаточно вспомнить правило умножения столбиком: каждое последующее произведение записывается в такой схеме со сдвигом на одну цифру влево.

Команды обработки данных могут иметь один или два операнда. Операнды могут храниться в регистрах центрального процессора, в памяти или в самой команде. Результат операции формируется в регистре-приемнике или в специализированном регистре-аккумуляторе. Команды данной группы формируют признаки результатов, устанавливаемые в регистре флагов процессора: перенос из старшего разряда, переполнение, нулевой результат и др.

К арифметическим командам относят также и команды сравнения. Обычно для сравнения двух чисел процессор выполняет операцию вычитания. По результату вычитания устанавливаются флаги во флаговом регистре процессора. Очевидно, что если сравниваемые величины равны, результат вычитания будет нулевым и во флаговом регистре установится флаг нулевого результата. Если первая из сравниваемых величин больше – результат вычитания будет отрицательным и установится флаг отрицательного результата и т.д. Результат вычитания не сохраняется в памяти, по состоянию флагового регистра можно судить о результатах сравнения двух величин. Многие процессоры имеют команды сравнения операнда с нулем. В некоторых процессорах имеются команды проверки или установки состояния отдельных битов в операнде.

Команды передачи управления. Они имеют важное значение, так как используются для изменения естественного порядка следования команд и организации циклических участков в программах.

Простейшей командой передачи управления является команда безусловного перехода JMP <адрес>, которая загружает адрес перехода, указанный в команде, в программный счетчик. Команды условного перехода проверяют указанное в команде условие и модифицируют программный счетчик, если условие истинно. Обычно команды условного перехода используются после команд, изменяющих состояние флагового регистра (например, команд сравнения). При проверке условия производится сравнение состояния одного или нескольких флагов из флагового регистра с комбинацией, указанной в коде команды условного перехода. Модификация программного счетчика может производиться либо загрузкой в него нового значения, либо сложением его со смещением, указанным в команде.

Команды для работы с подпрограммами. Стеки. В практике программирования широко используется такой прием, как организация подпрограмм. Подпрограмма описывается один раз, а использоваться (вызываться) может из различных мест программы. При этом после того как подпрограмма закончила свою работу, управление должно быть передано туда, откуда подпрограмма была вызвана на команду, следующую в памяти сразу за командой обращения к подпрограмме. Адрес команды, на которую управление передается после окончания работы подпрограмм, называется адресом возврата. Очевидно, для того чтобы начать выполнять подпрограмму, в программный счетчик необходимо загрузить адрес первой команды подпрограммы. Для осуществления возврата из подпрограммы необходимо запомнить в каком-то месте адрес возврата. Можно, например, сохранить адрес возврата в одном из регистров процессора. Такой способ сохранения адреса возврата очень прост и легко реализуется. Однако он обладает одним существенным недостатком. Достаточно часто встречаются подпрограммы, которые вызывают другие подпрограммы. Пусть основная программа вызвала подпрограмму А. Она в свою очередь обратилась к подпрограмме В. Если адрес возврата для подпрограммы А хранится в регистре процессора, то куда девать адрес возврата при вызове подпрограммы В?

Для организации подпрограмм большинство ЭВМ используют аппаратно поддерживаемую структуру данных, называемую стеком. Стек – это структура данных, организованная по принципу: последним вошел – первым вышел, т.е. последние записанные в стек данные извлекаются из него первыми. (В переводе с англ. stack – стопка.) Аналогом стека может служить стопка тарелок. Положить тарелку в стопку можно только сверху, извлечь опять-таки можно только верхнюю тарелку. В ЭВМ для организации стека выделяется область оперативной памяти, а для ее адресации и доступа к стеку используется упоминавшийся выше регистр – указатель стека. Указатель стека хранит адрес ячейки памяти, содержащей последнее помещенное в стек значение.

Для возврата из подпрограммы в основную программу служат команды возврата RETURN. Команды возврата из подпрограммы извлекают из стека верхний элемент и помещают его в программный счетчик. Если имели место несколько вложенных вызовов подпрограмм, то возврат произойдет по адресу возврата, сохраненному после последнего вызова, так как для хранения адресов возврата используется стек и последний сохраненный адрес возврата будет использован первым.

Прочие команды. В ЭВМ могут быть дополнительные (специальные) команды. К их числу можно отнести команды остановки центрального процессора, сброса внешних устройств, установки или сброса отдельных признаков и т.д.

С ростом сложности устройства процессора увеличивается и число команд, анализирующих состояние управляющих битов и воздействующих на них. Для примера можно назвать биты режима работы процессора и биты управления механизмами прерываний от внешних устройств.

В последнее время все большую роль в наборе команд играют команды преобразования из одного формата данных в другой (например, из 16-битного в 32-битный и т.п.), которые заметно упрощают обработку данных разного типа, но в принципе могут быть заменены последовательностью из нескольких более простых команд.

Рассматривая систему команд, нельзя не упомянуть о двух современных взаимно конкурирующих направлениях в ее построении: компьютер с полным набором команд CISC (Complex Instruction Set Computer) и компьютер с ограниченным набором – RISC (Reduced Instruction Set Computer). Разделение возникло из-за того, что основную часть времени компьютеру приходится выполнять небольшую часть из своего набора команд, остальные же используются эпизодически. Таким образом, если существенно ограничить набор операций до наиболее простых и коротких, зато тщательно оптимизировать их, получится достаточно эффективная и быстродействующая RISC-машина. Правда, за скорость придется платить необходимостью программной реализации “отброшенных” команд, но часто эта плата бывает оправданной: например, для научных расчетов или машинной графики быстродействие существенно важнее проблем программирования.

Основной набор команд довольно слабо изменился в ходе бурной эволюции ЭВМ. В то же время способы указания адреса расположения информации в памяти претерпели значительное изменение.

Команда ЭВМ обычно состоит из двух частей – операционной и адресной. Операционная часть (иначе она еще называется кодом операции – КОП) указывает, какое действие необходимо выполнить с информацией. Адресная часть описывает, где используемая информация хранится. У нескольких немногочисленных команд управления работой машины адресная часть может отсутствовать, например, в команде останова; операционная часть имеется всегда.

Код операции можно представить себе как некоторый условный номер в общем списке системы команд. В основном этот список построен в соответствии с определенными внутренними закономерностями.

Адресная часть обладает значительно бо2льшим разнообразием. Прежде всего отметим, что команды могут быть одно-, двух- и трехадресные в зависимости от числа участвующих в них операндов.

Первые ЭВМ имели наиболее простую и наглядную трехадресную систему команд. Например: взять числа из адресов памяти А1 и А2, сложить их и сумму поместить в адрес A3. Если для операции требовалось меньшее число адресов, то лишние просто не использовались. Так, в операции переписи указывались лишь ячейки источника и приемника информации А1 и A3, а содержимое А2 не имело никакого значения.

Трехадресная команда легко расшифровывалась и была удобна в использовании, но с ростом объемов ОЗУ ее длина становилась непомерно большой. Действительно, длина команды складывается из длины трех адресов и кода операции, что для технической реализации не очень удобно. Поэтому появились двухадресные машины, длина команды в которых сокращалась за счет исключения адреса записи результата. В таких ЭВМ результат операции оставался в специальном регистре (сумматоре) и был пригоден для использования в последующих вычислениях. В некоторых машинах результат записывался вместо одного из операндов.

Дальнейшее упрощение команды привело к созданию одноадресных машин. Ради полноты изложения следует сказать о возможности реализации безадресной (нуль-адресной) машины, использующей особый способ организации памяти – стек. Сейчас безадресные ЭВМ практически не применяются.

В качестве примера реально существующего процессора, удобного для изучения, возьмем процессор серии машин, созданных фирмой DEC (США) и известных под названием PDP-11 (в нашей стране аналогичные процессоры использовались в семействах 16-разрядных мини- и микро-ЭВМ “Электроника”, ДВК, БК, а также в школьном компьютерном классе УКНЦ; всего таких машин было выпущено в СССР до 1,3 млн. штук и примерно столько же в США). Это семейство мини- и микро-компьютеров – одно из самых долгоживущих: первая машина этой серии была выпущена в 1970 г.

Причина выбора процессора PDP для иллюстрации обсуждаемого вопроса состоит в том, что система команд этого процессора построена на простых и наглядных принципах, изучив и запомнив которые уже можно составлять несложные программы. В то же время система команд других процессоров, например, широко распространенных представителей семейства “Intel”, устроена значительно сложнее, требует запоминания большого количества справочных данных. В качестве подтверждения сказанного достаточно указать, что в команде процессора PDP может быть использован любой из имеющихся внутренних регистров, тогда как многие команды процессоров “Intel” оперируют с фиксированными регистрами, не допуская альтернативного расположения данных и результатов.

Процессор машин серии PDP (и его отечественные аналоги) с точки зрения программиста устроен довольно просто. Он состоит из восьми регистров общего назначения (РОН) и особого регистра, в котором отображается текущее состояние процессора (PSW – Processor Status Word). Любой из регистров общего назначения может быть использован в командах на равных основаниях. Вместе с тем имеются два выделенных регистра, содержимое которых процессор использует для собственных нужд. Прежде всего следует назвать регистр R7, выполняющий роль счетчика команд, в котором хранится адрес следующей инструкции программы. Другим выделенным регистром является указатель стека R6, используемый при запоминании информации в момент вызова подпрограмм и при переходе к обработке прерывания. Остальные 6 регистров, обозначаемые R0, R1, R2, R3, R4, R5, программист может полностью использовать по своему усмотрению.

Процессор PDP имеет достаточно удобный и широкий набор команд. Основная их часть является двухадресными и одноадресными, т.е. они обрабатывают два или один операнд соответственно. Примеры некоторых наиболее важных операций приведены в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1

 

В приведенных в таблице командах в качестве операндов фигурируют условные обозначения А и В. Система команд процессора PDP построена достаточно логично и закономерно, поэтому любой операнд – и первый, и второй – в любой операции задается совершенно одинаково.

В PDP существуют различные способы задания местонахождения информации, требующейся для выполнения операции. Их принято называть методами адресации, и все они связаны с различным использованием РОН. Однако нас будет интересовать только регистровая адресация, когда операнд находится в одном из регистров общего назначения. Приведем примеры программ для процессора PDP.

 

Пример 1. Программа вычисления по формулам R1:=R2+R3; R4:=R3-R2.

 

MOV R2, R1;сразу складывать нельзя, так как сумма заменяет второй операнд

ADD R3, R1;складываем R3 и R1

MOV R3, R4

SUB R2, R4;вычитаем R2 из R4

HLT;выполнение программы прекращается

 

Пример 2. В R1 и R2 хранятся некоторые числа. Поместить большее из них в R5, а меньшее – в R0.

 

СМР R1, R2;сравнить R1 и R2

BPL L1;переход при R1R2

;если R2>R1

MOV R1, R0;помещаем R1 в R0

MOV R2, R5;помещаем R2 в R5

BR L2;переходим на конец программы

;если R1>R2

L1: MOV R1, R5;помещаем R1 в R5

MOV R2, R0;помещаем R2 в R0

L2: HLT;выполнение программы прекращается

В тексте программы указаны переходы на метки (L1,L2), но в результате трансляции они будут автоматически преобразованы в переходы через заданное число слов.

 

Устройство ЭВМ

 

1.1. Классификация ЭВМ. Поколения вычислительных средств

 

Поколения ЭВМ

 

В истории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был положен физико-технологический принцип: машину относят к тому или иному поколению в зависи­мости от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовле­ния. Границы поколений во времени размыты, так как в одно и то же время выпус­кались машины совершенно разного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то скорее всего имеют в виду период промышленного производства; проектирование велось значительно раньше, а встретить в эксплуатации весьма экзотические устройства можно и сегодня.

В настоящее время физико-технологический принцип не является единственным при определении принадлежности той или иной ЭВМ к поколению. Следует счи­таться и с уровнем программного обеспечения, и с быстродействием, с другими факто­рами, основные из которых сведены в табл. 1.1.

Деление ЭВМ на поколения весьма относительно. Первые ЭВМ, выпускавшиеся до начала 50-х годов, были «штучными» изделиями, на которых отрабатывались основные принципы; нет особых оснований относить их к какому-либо поколению.

Чем младше поколение, тем отчетливее классификационные признаки. Машина первого поколения – десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, ленто­протяжными устройствами, громоздкие печатающие агрегаты, и все это на площа­ди сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источника­ми питания, постоянно гудящее и вибрирующее (почти как в цехе машинострои­тельного завода). Обслуживание – ежечасное. Приход полупроводниковой техники (первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид машинного зала – более нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних уст­ройств) и самое главное –возросшие возможности для пользователя. Впрочем, непосредственного пользователя к машинам первых трех поколений почти никогда не подпускали – около них «колдовали» инженеры, системные программисты и операторы, а пользователь чаще всего передавал рулон перфоленты или колоду перфокарт, на которых была его программа и входные данные задачи. Доминировал для машин первого и второго поколений монопольный режим пользования машиной и/или режим пакетной обработки; в третьем поколении добавился более выгодный экономически и более удобный для пользователей удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения времени.

Таблица 1.1.

Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) с производительностью порядка 104оп/с в конце 60-х годов были вполне доступны каждому вузу, в то время как БЭСМ-6 имела профес­сиональные показатели (и стоимость) на 2–3 порядка выше.

В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисто­ров и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см2) кремниевой под­ложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике действий на них «выращивались» электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Это позволило перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого – интегральные схемы.

При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.

Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США – это прежде всего семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е годы были временем создания унифицированных серий: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительно­стью. Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов.

 

Персональные компьютеры

 

Подлинную революцию в вычислительной технике произвело создание микро­процессора. В 1971 г. компанией «Intel» (США) было создано устройство, реали­зующее на одной крошечной микросхеме функции процессора – центрального узла ЭВМ. Последствия этого оказались огромны не только для вычислительной техни­ки, но и для научно-технического прогресса в целом. В области разработки ЭВМ первым таким последствием оказалось создание персональных компьютеров (ПК) – небольших и относительно недорогих ЭВМ.

Небольшие компьютеры, предназначенные для одного пользователя, который в каждый момент решает не более одной задачи, использовались в профессиональной деятельности уже в начале 70-х годов. Восьмиразрядные микропроцессоры i8080 и Z80 в сочетании с операционной системой СР/М позволили создать ряд таких компьютеров, но тем не менее началом эры их массового появления стал 1976 г., когда появился знаменитый «Apple» («Яблоко»), созданный молодыми американ­скими инженерами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Вскоре лидерство в этой области захватила фирма IBM – компьютерный гигант, предста­вивший в 1981 г. свой персональный компьютер IBM PC (PC – personal computer). Его модели PC XT (1983 г.), PC AT (1984 г.), ПК с микропроцессором Pentium (начало 90-х годов, содержит более 3 миллионов транзисторов) стали, каждый в свое время, ведущими на мировом рынке ПК. В настоящее время производство ПК ведут десятки фирм, (а комплектующие выпускают сотни фирм) по всему миру.

Ближайшим конкурентом компьютеров IBM PC являются персональные компь­ютеры фирмы «Apple Computer». Пришедшие на смену «Apple-2» машины «Macintosh» широко используются в системах образования многих стран.

Перечислим основные характеристики ПК, которые в совокупности позволя­ют отнести компьютер к этой группе:

 относительно невысокая стоимость (доступная для приобретения в личное пользование значительной частью населения);

 наличие «дружественных» операционной и интерфейсной систем, которые мак­симально упрощают пользователю работу с компьютером;

 наличие достаточно развитого и относительно недорогого набора внешних устройств в «настольном» исполнении;

 наличие аппаратных и программных ресурсов общего назначения, позволяю­щих решать реальные задачи по многим видам профессиональной деятельности.

За четверть века, прошедшие с момента создания ПК, уже сменилось несколько их поколений: 8-битные, 16-битные, 32-битные. Многократно усовершенствовались внешние устройства, все операциональное окружение, включая сети, системы связи, системы программирования, программное обеспечение и т.д. Персональный компьютер стал в ряде случаев “ядром” автоматизированного рабочего места (в цехе, в банке, в билетной кассе, в школьном классе – все перечислить невозможно).

 

Классификация ЭВМ

 

Схема классификации компьютеров, исходящая из их производительности, размеров и функционального назначения, приведена на рис. 1.1.

Определить супер-ЭВМ можно лишь относительно: это самая мощная вычислительная система, сущест­вующая в соответствующий исторический период. Они требуют специального помещения, иногда весьма немалого, поддержания жесткого температурного режима, высококвалифицированного обслуживания. В настоящее время наиболее известны мощные супер-ЭВМ «Cray» и «IBM SP2» (США).

Большие ЭВМ более доступны, чем «супер». Классическим примером служат выпус­кавшиеся еще недавно в США машины серии IBM 370 и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ. Большие ЭВМ использовались для производства сложных научно-технических расчетов, математического моделирования, а также в качестве цен­тральных машин в крупных автоматизированных системах управления. Впрочем, скорость прогресса в развитии вычислительной техники такова, что возможности больших ЭВМ конца 80-х годов практически по всем параметрам были перекрыты наиболее мощными «супер-мини» середины 90-х.

 

Рис 1.1. Классификация ЭВМ

 

Мини-ЭВМ появились в начале 70-х годов. Их традиционное использование – либо для управления технологическими процессами, либо в режиме разделения времени в качестве управляющей машины небольшой локальной сети. Мини-ЭВМ использовались, в частности, для управления станками с ЧПУ, другим оборудовани­ем. В 80-х годах наиболее известно было семейство VAX-11 фирмы DEC и его отечественные аналоги – СМ 1700.

Микро-ЭВМ обязаны своим появлением микропроцессорам. Среди них выделя­ют многопользовательские, оборудованные многими выносными терминалами и работающие в режиме разделения времени, встроенные, которые могут управлять станком, какой-либо подсистемой автомобиля или другого устройства (в том числе и военного назначения), будучи его малой частью. Эти встроенные устройства (их часто называют контроллерами) выполняются в виде небольших плат, не имеющих привычных для пользователя компьютера внешних устройств.

Термин «рабочая станция» используется в нескольких, порой несовпадающих, смыслах. Так, рабочей станцией может быть мощная микро-ЭВМ, ориентированная на специализированные работы высокого профессионального уровня, которую нельзя отнести к персональным компьютерам хотя бы в силу очень высокой стои­мости. Рабочей станцией могут называть и компьютер, выполняющий роль ведомой машины в подузле глобальной вычислительной сети.

Нельзя не сказать несколько слов об устройствах, приносящих большую пользу и также являющихся ЭВМ (поскольку они чаще всего и электронные, и вычислительные), – аналоговых вычислительных машинах (АВМ). Основная особенность АВМ состоит в том, что они не являются цифровыми; обрабатывают информацию, представленную не в дискретной, а в непре­рывной форме (чаще всего в форме электрических токов). Известны системы, в которых АВМ сопрягаются с цифровыми ЭВМ, значи­тельно увеличивая эффективность решения задач в целом. Их главное достоинство – способность к математическому моделированию процессов, описываемых дифференци­альными уравнениями (порой очень сложных) в реальном масштабе времени. Недоста­ток – неуниверсальность.