КЛАССЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ (ЭВМ)

ИВС – совокупность технических средств вычислительной техники минимальной периферии и программного обеспечения, являющегося основой любой АИС.

В зависимости от числа компьютеров и процессоров ИВС делятся на:

- одномашинные;

- однопроцессорные;

- многомашинные;

- многопроцессорные.

Архитектуру большинства одномашинных вычислительных систем можно представить следующей укрупненной схемой:

Процессор выполняет все базовые операции вычислительной системы.

АЛУ (Арифметическо – логическое устройство) осуществляет основные математические и логические операции – арифметические, сравнение, тождество.

Регистры процессорной памяти – отличаются наибольшим быстродействием. Используются для выполнения текущих операций.

Устройство управления координируют функционирование процессора в целом.

Интерфейс служит для сопряжения процессора с остальными компонентами системы.

Оперативная память (ОЗУ) – служит для хранения данных и команд в оперативном режиме.

Каналы связи представляют собой внутримашинный интерфейс.

Внешнее устройство, главным образом, предназначено для более или менее долгосрочного хранения информации и ввода и вывода.

Архитектура современных компьютеров в основном является классической ( Фоннеймановской по имени Дж.фон – Неймана). Суть этой архитектуры сводится к схеме и нескольким основным принципам:

Основные принципы:

1. Принцип двоичного кодирования. Вычислительная машина должна использовать двоичный код, как наиболее экономичный и удобный.

2. Принцип программного управления. Машина должна выполнять операции последовательно в соответствии с командами в программе. Программа при этом должна быть хранимой.

3. Принцип идентичного хранения данных и команд, т.е. команды, как и данные должны быть представлены в двоичном коде и над ними также могут выполняться операции, т.е. невелика разница между командой и элементом данных.

4. Принцип иерархической организации памяти. Состоит он в том, что запоминающее устройство машины должны составлять иерархию, в зависимости от своего быстродействия и назначения.

5. Принцип адресности памяти. Машинная память должна состоять из ячеек. Каждая из них доступна по ее адресу или содержимому.

Классификация ИВС:

В зависимости от принципа действия и способа представления данных на 3 типа:

1. АВМ (Аналоговые вычислительные машины);

2. ЦВМ (Цифровые вычислительные машины);

3. ГВМ (Гибридные вычислительные машины).

В АВМ информация представлена значениями некоторых величин, составляющими непрерывную шкалу (напряжение, сила тока – для ЭВМ)

По существу АВМ представляют собой физические модели решаемых задач. (непрерывная линия любой формы)

Потомок – гидравлическая система трансмиссии.

В ЦВМ информация кодируется дискретными значениями каких-либо величин. (столбиковая диаграмма).

ГВМ – комбинация АВМ и ЦВМ.

ИВС классифицируются в зависимости от числа процессоров или компьютеров.

Типичный пример одномашинной и однопроцессорной машины – домашний компьютер.

Пример многомашинной системы – локальная вычислительная сеть.

Пример многопроцессорной машины – суперкомпьютер.

ИВС могут быть:

- однородными;

- неоднородными.

Системы могут быть:

- сосредоточенными;

- распределенными.

Все ИВС классифицируются по своему масштабу и производительности. В понятие «масштаб» включают следующие понятия:

1. физический габарит;

2. потребляемая мощность;

3. показатели быстродействия, объемов всех видов памяти и т.п.;

4. масштаб решаемых задач;

5. совокупная стоимость основного оборудования.

Примерная классификация по стоимости (типовых систем):

Единицы измерения в евро.

1. до 15 000 евро. Класс «Микро-ЭВМ»;

2. 15 000 – 50 000 евро. Класс «Малые системы»;

3. 50 000 – 250 000 евро. Класс «Средние системы»;

4. 250 000-1 000 000 евро. Класс «Большие системы»;

5. 1 000 000-4 000 000 евро. Класс «Сверхбольшие системы»;

6. более 4 000 000 евро. Класс «Супер-ЭВМ».

Пояснения.

- Микро-ЭВМ. Самый большой класс. К нему относят все типы персональных компьютеров (включая планшеты и ноутбуки), маломощные сетевые компьютеры, управляющие ЭВМ в любых технических устройствах.

- Малые ЭВМ. Отличаются более высокими размерами, энергопотреблением, быстродействием и т.п. К нему относят: бизнес-компьютер; среднепроизводительные сетевые компьютеры, специализированные настольные ЭВМ для различных предметных и проблемных областей.

- Большие ЭВМ (Mainframe). К нему относят: многопользовательский режим эксплуатации (до нескольких тысяч пользователей), повышенная надежность всей системы (до первого отказа – 10-15 лет). Большие ЭВМ работают круглосуточно. Надежность обеспечивается большим резервированием, повышенная защищенность, повышенные показатели быстродействия. Габариты – может занимать целое помещение (используется в банках и крупных предприятиях для хранения своих баз данных).

-Супер-ЭВМ. Многомашинный и многопроцессорный комплекс. Предназначены для решения сложных задач (прогнозирование погоды, моделирование ядерного взрыва, лекарственных препаратов). Это особый класс ЭВМ. Малочисленный класс. В мире их число не превышает 10 000 штук. Не является предметом серийного производства. Лидером по их производству является : IBM. Так же их выпуском занимаются: Cray(США), Fujitsu(Япония).

Дважды в год подводится рейтинг лучших ЭВМ (обновляется в июне и ноябре).

На июнь 2о11 г. лучшие супер-ЭВМ:

1. K computer. (Fujitsu, 2011). 548352 двухгигаядровых ядра в процессоре. Потребляемая мощность чуть менее 10 МегаВт (почти как целый завод). Максимальная производительность – 8162,0 TFLOPS (ТераФлопс).

В десятку лучших суперкомпьютеров входят: 2 японских, 2 китайских, 5 американских, 1 французский суперкомпьютеры. Лучший российский суперкомпьютер находится на 13 месте. Он используется в исследовательском центре МГУ. За Уралом самый мощный Супер-ЭВМ находится в ТГУ.

FLOPS (Floating Point Operation per Second – количество операций с плавающей точкой в секунду).

Формат числа с плавающей точкой – 0,5*10^10/

Приставка терра - это 10 в 12 степени.

Значит, производительность этого компьютера: 8*10^15.

ПО ИС. СИСТЕМНОЕ ПО

Программное обеспечение (software) – это набор команд, управляющих работой компьютера. Без программного обеспечения компьютер не сможет выполнять задачи, которые мы обычно связываем с компьютерами. Функции программного обеспечения следующие:

¾ управлять компьютерными ресурсами организации;

¾ обеспечивать пользователя всеми инструментами, необходимыми для извлечения пользы из этих ресурсов;

¾ выполнять роль посредника между организациями и хранимой информацией.

Выбор соответствующего потребностям организации программного обеспечения – одна из ключевых задач управляющего персонала.

Программа (program) – это набор команд для компьютера. Процесс создания или написания программ называется программированием, а люди, которые специализируются на этом виде деятельности – программистами. Синонимом слову "программа" является термин "приложение" (application).
Для того чтобы программа была выполнена, она должна быть загружена в оперативную память компьютера вместе с данными, которые необходимо обработать (обычно говорят запустить программу или запустить на выполнение). Когда выполнение программы завершено, она выгружается из оперативной памяти компьютера. Все современные компьютеры позволяют загрузить на выполнение несколько программ одновременно.