Классификация электронно-вычислительных машин. Персональные компьютеры.

Стремление удовлетворить требования разнообразных областей и форм применения электронной вычислительной техники, повысить производительность и расширить логические возможности ЭВМ, повысить надежность их функционирования, облегчить контакты человека с ЭВМ при подготовке программ и в процессе решения задач, повысить обслуживаемость машин - привело в ряде случаев к созданию таких объектов вычислительной техники, которые из-за сложности входящего в них оборудования, тесной логической взаимосвязи аппаратурных и программных средств, при реализации сложных процессов функционирования, множества возможных конфигураций, территориальной рассредоточенности оборудования не укладываются в наше представление о понятии машина. В таких случаях вместо термина вычислительная машина пользуются термином вычислительная система.

Одним из важнейших путей повышения производительности вычислительных машин и систем, их эффективности и надежности является использование различных форм параллелизма в функционировании вычислительного оборудования. Поэтому в основу классификации ВС следует положить в первую очередь реализуемую форму параллелизма. По режиму работы ВС делятся на однопрограммные и мультипрограммные

В однопрограммной системе в памяти машины присутствует только одна рабочая программа (или часть ее), которая, начав выполняться, завершается до конца. При этом, даже если допускается совмещение во времени операций ввода-вывода с обработкой данных, возможен простой оборудования (например, машина не может продолжать работу, пока не будут введены новые данные). Стремление повысить эффективность использования вычислительного оборудования привело к разработке мультипрограммных машин и систем, которые могут одновременно выполнять несколько программ или несколько частей одной и той же программы.

Когда говорится об одновременности выполнения программ, то подразумевается, что процессор после выполнения части одной программы может перейти к выполнению другой программы, не закончив ее, перейти к третьей и т.д., сохраняя возможность вернуться позднее к неоконченным программам и продолжить их выполнение. При этом моменты и очередность переключений программ должны быть выбраны так, чтобы повысить общую эффективность вычислительной системы, хотя время, в течение которого решается каждая отдельная задача, по сравнению со временем в однопрограммном режиме может даже увеличиться. Мультипрограммный режим реализуется и по отношению к частям одной программы, что приводит к сокращению времени ее выполнения по сравнению со временем, когда режим мультипрограммирования не используется.

Классификация систем по режиму обслуживания. Процесс решения задачи может рассматриваться как обслуживание пользователя ВС. Основные режимы обслуживания.

1. Режим индивидуального пользования.Машина предоставляется полностью в распоряжение пользователя, по крайней мере на время решения его задачи. Пользователь имеет непосредственный доступ к машине и может вводить информацию в оперативную память машины (или выводить из нее), используя устройства ввода-вывода. Режим индивидуального пользования удобен пользователю, но в этом режиме плохо используется вычислительное оборудование из-за простоев, когда пользователь, получив некоторый промежуточный результат (например, при отладке программы), обдумывает, что он будет делать дальше. Этот режим применялся в ЭВМ первого поколения, а в настоящее время возродился как форма использования персональных компьютеров.

2. Режим пакетной обработки.В этом режиме пользователи не имеют непосредственного доступа к ВС. Подготовленные ими программы передаются персоналу, обслуживающему систему, и затем накапливаются во внешней памяти (на магнитных дисках, лентах и т.п.). Система последовательно либо по заранее составленному расписанию выполняет накопленный пакет программ. Пакетная обработка может производиться в однопрограммном и мультипрограммном режимах. Мультипрограммная пакетная обработка обеспечивает высокую степень загрузки вычислительного оборудования, но при этом из-за отсутствия непосредственной связи между системой и пользователем производительность и эффективность труда самих пользователей снижаются по сравнению с индивидуальным обслуживанием. Это противоречие преодолевается путем создания систем коллективного пользования, содержащих высокопроизводительные ЭВМ, или, наоборот, путем применения персональных ЭВМ умеренной производительности в режиме индивидуального пользования.

3. Режим коллективного пользования или многопользовательский режим— форма обслуживания, при которой возможен одновременный доступ нескольких независимых пользователей к вычислительным ресурсам мощной ВС. Каждому пользователю предоставляется терминал, с помощью которого он устанавливает связь с системой коллективного пользования (ВСКП). В наиболее простых ВСКП обработка всех запросов занимает примерно одно и то же время (системы типа «запрос — ответ»).

Обеспечение более тесного взаимодействия пользователей с вычислительными средствами в системе коллективного пользования, в которой запросы сильно разнятся по времени их обработки, требует в первую очередь сокращения времени ожидания пользователем результата выполнения коротких программ (коротких запросов), для чего применяют различные методы квантования времени, уделяемого процессором для выполнения отдельных программ. Системы коллективного пользования с квантованным обслуживаниемназываются системами с разделением времени.

По количеству процессоров (машин) в ВС, определяющему возможность параллельной обработки программ, ВС делятся на однопроцессорные (одномашинные), многомашинные и многопроцессорные. Многомашинные и многопроцессорные ВС создаются для повышения производительности и надежности вычислительных систем и комплексов.

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

· 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 (внутри машинного интерфейса);

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

· типы и технико-эксплутационные 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.

В США и Англии первые компьютеры разрабатывались в 1943— 1947 гг., в континентальной Европе первый «макет электронно-счетной машины» (МЭСМ) создан в СССР в 1948—1951 гг. Современные типы вычислительных устройств по степени убывания мощности можно расположить в следующем порядке:

1. СуперЭВМ

2. Большая ЭВМ

3. Мини – компьютер

4. Сервер

5. Рабочая станция

6. Персональный компьютер

7. Портативный компьютер

8. Карманный ПК

9. Смарт карта.

Рисунок 1 - Схема классификации ЭВМ, исходя из их вычислительной мощности и габаритов.

Успехи в развитии микропроцессоров и микроЭВМ ознаменовались созданием нового класса средств вычислительной техники персональных компьютеров (ПК), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя в условиях непосредственного контакта с ним.

Характерные признаки персонального компьютера.

1 Возможность персональной работы с компьютером неспециалиста в вычислительной технике, дружественное взаимодействие компьютера и программ с пользователем.

2 Универсальное, похожее функционирование различных моделей.

3 Прикладное программное обеспечение охватывает широкий крут профессиональных задач и различные программы для отдыха.

4 Телекоммуникационные средства обеспечивают подключение к компьютерным сетям.

5 Применение принципа открытой архитектуры и микропроцессоров.

6 Широкая сеть сбыта и обслуживания.

7 Работу компьютерной системы выполняет аппаратное и программное обеспечение.

Персональные компьютеры обладают при небольших габаритных размерах и стоимости широкими вычислительными и логическими возможностями, удобными, простыми в обращении средствами для взаимодействия человека с компьютером, а, главное, снабжены ориентированным на пользователя, не имеющего специальной профессиональной подготовки, «дружественным» к нему, обширным программным обеспечением, включающим в себя эффективные программные пакеты для выполняемых повседневно человеком процедур подготовки и редактирования текстов, вычислений, работы с базами данных и т. п., а также средства обучения работе с ПК, поддержки диалога пользователя с ПК, подсказки при ошибках в действиях пользователя. Общение пользователя с ПК становится более комфортным благодаря внесению программным обеспечением в этот процесс игровых компонентов. Сказанное объясняет, почему появление ПК ознаменовало революцию в технологии использования ЭВМ.

Вычислительные машины в форме ПК пришли на рабочие места ученых, конструкторов, технологов, руководителей разного ранга, сотрудников учреждений, журналистов и многих других работников, деятельность которых связана с получением, накоплением и обработкой информации.

Использование ПК во многих случаях позволяет повысить производительность и качество труда. Поэтому на основе ПК создаются автоматизированные рабочие места(АРМ) работников разных профессий, в которых реализуются автоматизация проектирования, научных исследований, диспетчеризации производственных процессов и т. д.

Персональный компьютер пришел в наши квартиры как новая форма бытовой техники, используемая, в первую очередь, в учебных целях (компьютерные учебные курсы) и для досуг (компьютерные игры).

Появление ПК сделало актуальной и одновременно возможной компьютеризацию многих сторон нашей жизни. Для многих людей (в первую очередь, молодого поколения) стало необходимым овладение компьютерной грамотностью.

Существует и быстро пополняется множество различных моделей ПК- В новых моделях представляемые пользователю возможности быстро расширяются, в первую очередь, за счет увеличения производительности процессоров, емкостей основной и внешней памятей, повышения качества и гибкости электронной графики, качества печати и т. д.

Среди множества моделей ПК можно выделить следующие группы:

· ПК для использования в быту (бытовые ПК ) со сравнительно небольшими вычислительными ресурсами (производительность, емкость памяти), комплексируемые с обычными телевизорами;

· ПК для учебных классовшкол и других учебных заведений с умеренными вычислительными ресурсами, с собственными дисплейными средствами и средствами локальной сети для объединения ПК учащихся и ПК педагога в учебный комплекс;

· профессиональные ПКс обширными вычислительными ресурсами и эффективным набором периферийных средств (цветной графический дисплей, высококачественное печатающее устройство), предназначенные для поддержки профессиональной деятельности работников различных профессий, создания автоматизированных рабочих мест.

Устройства персонального компьютера.

Аппаратное обеспечение— электронные, электрические и механические устройства, входящие в состав системы или сети.

Устройство — любое оборудование в корпусе компьютера или подключенное извне, в том числе по сети, которое может выполнять операции ввода и вывода данных, например жесткий диск, клавиатура, мышь, принтер. Устройства одинакового назначения могут иметь разную спецификацию(конструктивное решение, параметры, управление).

Минимальный состав персонального компьютерав настольном варианте: системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Системный блоксодержит основные электронные схемы и устройства, которые позволяют компьютеру работать, управляют и вычисляют. В системном блоке находятся: материнская (системная) плата с процессором и оперативной памятью, устройства внешней памяти (накопитель на жестком диске, дисководы дискет и компакт-дисков) для ввода и долговременного хранения информации (чтения и записи), блок питания.

Такие устройства, как жесткий диск или дисковод СБ-К.ОМ, размещены внутри компьютера, но считаются устройствами, поскольку устанавливаются отдельно и заменимы. Для их работы под управлением операционной системы необходима программа для устройства — драйвер.

Клавиатура — стандартное устройство ввода информации, передающее в компьютер символы или команды.

Монитор(или дисплей)— стандартное устройство вывода, отображения информации в форме знаков, графического и видеоизображения на электронном экране. Современные программные средства используют монитор как инструмент организации графического взаимодействия с пользователем, в частности для совместного ввода информации с помощью мыши и клавиатуры.

Мышь— устройство позиционирования указателя на экране, позволяющее без использования клавиатуры выделять, перемещать, изменять объекты, отдавать команды.

Периферийное устройство, периферия— часть аппаратного обеспечения, конструктивно отделенная от основного блока вычислительной системы. Периферийные устройства функционируют по командам центрального процессора. Периферийные устройства предназначены для внешней обработки данных, их подготовки, ввода, хранения, управления, защиты, вывода и передачи по каналам связи, но не являются существенно - необходимыми. Периферийное устройство может быть физически внешним (принтер, сканер, внешний модем), иногда находится в системном блоке (дисковод СО или внутренний модем).