Основные характеристики, классификация, состав аппаратных средств (устройств) и производительность ЭВМ

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

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

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

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:

· 1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

· 2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

· 3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

· 4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах – микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

· 5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

· 6-е и последующие п о к о л е н и я: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы:

· Универсальные (общего назначения),

· Проблемно-ориентированные

· Специализированные.

В настоящее время выпускается в основном 4 класса ПК.

· Большие ЭВМ они представляют собой многопользовательские машины с центральной обработкой, с большими возможностями для работы с базами данных и с различными формами удалённого доступа.

· Машины RS6000 – очень мощные по производительности, предназначенные для построения рабочих станций для работы с графикой, Unix с сервером кластерных комплексов.

· Средние ЭВМ – предназначенные в первую очередь работать в финансовых структурах (ЭВМ типа AS\400-бизнес ПК 64-разрядный). Они используются в качестве серверов локальных сетей и сетей корпорации, успешно конструируют с многопроцессорными серверами других фирм.

· Компьютеры на платформе микросхем фирмы Intel (Супер-ЭВМ, Большие ЭВМ, Персональные и профессиональные ЭВМ, средние ЭВМ, Встраиваемые микросхемы).

Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

Инженеры схемотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом.

Системные программисты создают программы управления технического средства информационного взаимодействия между уровнями или программой вычислительного процесса.

Программисты прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействия пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач.

Характеристики ЭВМ определяющих её структуру.

· Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, указатель надёжности достоверности точность, ёмкость оперативной памяти, габаритные размеры, стойкость технических и программных средств, особенности эксплуатации).

· Характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств возможность изменения структуры.

· Состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (оперативная система или среда, пакеты прикладных программ и средства автоматизации программирования).

· Ёмкость заполняющих устройств: ёмкость в памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которая может одновременно размещаться в памяти.

Структурной наименьшей единицей информации является бит – одна двоичная цифра. Обычно ёмкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения – байт.

Общие принципы построения современных ЭВМ.

· Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычисления.

· Алгоритм – конечный набор предписаний, определяющий решение задачи по средством конечного количества операций.

· ” Программа (для ЭВМ) – упорядоченная последовательность команд подлежащей обработки” стандарт ISO 2381/-84. Следует заметить, что строгого однозначного определения алгоритма равно, как однозначных методов преобразования алгоритмов в программу вычислений не существует.

· Принцип программного управления может быть осуществлён различными способами: стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способом, описанный Фон-Нейманом в 1945г. построений ещё первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем: все вычисления предписанные алгоритмом решения задач должны бать представлены в виде программы, состоящие из последовательности управляющих слов команд. Каждая команда содержит указание на конкретную выполняемую операцию места нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков.

· Операнды – это переменные значения, которых участвуют в операциях преобразования данных, списков (массив) всех переменных (входных данных промежуточных значений и результатов вычислений) является ещё одним неотъемлемым вычислением другой программы. Для доступа к программам, командам и операциям используют их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ предназначенных для хранения объектов. Информация (командная и данные: числовые, текстовая, графическая и т.п.) копируется двоичными цифрами 0 и 1, поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ практически не различимы, идентификация их возможна только при выполнении программ согласно её логике по контексту. Последовательность битов в формате имеющая определённый смысл называется – полем. Например: каждой команде программы различают поле кода, операция поля адресов, операндов приблизительно к числовой информации выделяют знаковые разряды поля значащих разрядов чисел старшие и младшие разряды. Последовательность, состоящая из определённого принятого для данной ЭВМ числа байтов называется словом.

· Программа для ЭВМ – упорядоченная последовательность команд подлежащая обработке.

Внутренняя структура вычислительной машины:

· Основные устройства ЭВМ.

· Процессор или микропроцессор.

· Память ЭВМ.

· Оперативная память.

· Постоянная память

· Устройство ввода/вывода.

· Системные интерфейсы.

· Внешняя память.

· Пульт управления.

Любое ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:

· Арифметическо-логическое устройство (АЛХ)

· Устройство управления (УУ).

· Заполняющее устройство (ЗУ).

· Устройство ввода/вывода (УВВ).

· Пульт управления (ПУ).