Классификация вычислительных устройств

Компьютеры различают главным образом по количественным характеристикам – объему опера­тивной памяти, объему внешней памяти, быстродействию процессора. По этим характеристикам можно выделить четыре класса: микрокомпьютеры, миникомпьютеры, мейнфреймы и суперкомпьютеры. Такой градацией пользуются уже давно, хотя границы классов постоянно смещаются.

Микрокомпьютером называется, как правило, специализированное вычислительное устройство, встроенное в какое-нибудь техническое оборудование и выполняющее контрольные и управляющие функции. Часто это всего лишь микросхема, подключенная к датчикам. Функциональные программы зашиваются в постоянную память, однако возможно и программирование микрокомпьютера. Примером микрокомпьютеров могут служить кассовые аппараты, бортовые компьютеры автомобилей, компьютеры, управляющие станками.

Миникомпьютером называется универсальная ЭВМ, компактная по размерам и средняя по производительности. К этому классу относятся серверы, рабочие станции и персональные компьютеры. Сейчас миникомпьютеры содержат несколько гигабайт оперативной памяти и несколько сотен гигабайт внешней памяти.

Сервером называется миникомпьютер, приспособленный для хранения больших объемов информации и обслуживания информационных запросов многих пользователей. Особенностью серверов является повышенное быстродействие и большой объем оперативной и внешней памяти (на верхнем пределе класса миникомпьютеров), повышенная надежность за счет использования автономных источников питания, дублирования сохраняемых данных, сохранения резервных копий и т.д.

Рабочей станцией называется компьютер высокой производительности, периферийное оборудование и программные возможности которого ориентированы на выполнение узкой профессиональной деятельности. Примером может служить рабочая станция в конструкторском бюро. Рабочие станции сочетают высокое быстродействие с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными каналами передачи данных, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода/вывода.

Персональные компьютеры (ПК) ориентированы на одиночных пользователей – непрофессионалов. Это обязательно дешевые универсальные компьютеры с понятным графическим интерфейсом, со стандартным набором устройств ввода-вывода, с возможностью использования практически любых приложений. ПК очень быстро завоевали хорошие позиции на компьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя.

Мейнфрейм - это синоним понятия "большая универсальная ЭВМ", т.е. мощная вычислительная система общего назначения, обеспечивающая непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей оперативной памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральный процессор, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств. Пользователи мейнфреймов общаются с компьютером с помощью устройств, называемых терминалами. Часто в роли терминалов выступают рабочие станции или персональные компьютеры.

Мейнфреймы составляют альтернативу локальным сетям. Их преимуществом является большая надежность, более высокий уровень безопасности, наличие наработанного программного обеспечения с огромными возможностями. Следует также помнить, что в мире существует огромная инсталлированная база мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем. Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто неразумно. К недостаткам мейнфреймов можно отнести негибкость в аппратном расширении и программной модернизации. Главным недостатком мейнфреймов остается относительно низкое соотношение «производительность/стоимость».

Суперкомпьютер - это еще более мощная вычислительная система общего назначения, обладающая ресурсами большой локальной сети и быстродействием, несравнимым с быстродействием миникомпьютеров и даже мейнфреймов. Главное качественное отличие суперкомпьютера от мейнфрейма – это наличие большого количества процессоров, предназначенных для выполнения параллельных вычислений. Стоимость суперкомпьютеров намного превышает стоимость обычных систем.

Современный подход к суперкомпьютерам предполагает организацию системы параллельных процессоров в форме кластеров, которые могут подключаться независимо. При таком подходе можно наращивать количество процессоров, оперативную память суперкомпьютера и внешних накопителей, не меняя его начинки. Фактически суперкомпьютер – это объединение большого количества компьютеров, представляющее собой одно целое для единой операционной системы, единого системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Быстродействие суперкомпьютера измеряется не количество физически выполняемых одним процессором операций в секунду, а количеством операций, выполняемых в секунду всеми процессорами при выполнении задачи. Очевидно, эта скорость зависит от задачи.

Задачи, связанные с выполнением параллельных вычислений, очень сложны и математически, и технически. Двумя основными проблемами построения вычислительных систем для критически важных приложений являются обеспечение сверхвысокой производительности и сверхнадежности функционирования системы. Они потребовали и новых технологических решений, и разработки новых операционных систем, и разработки новых языков программирования, и решения ряда математических проблем. Особенно важны суперкомпьютеры для сверхсложных научных вычислений в области космических исследований, авиационных технологий, для прогнозирования погоды, а также для обслуживания супербольших баз данных.