Классы вычислительных машин

1. Классы вычислительных машин

2. Понятие ЭВМ

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

3. Классификация ЭВМ

ЭВМ можно классифицировать по:
1. Принципу действия (Физическому
представлению обрабатываемой
информации);
2. Поколениям;
3. Назначению;
4. Способу организации
вычислительного процесса;
5. Универсальности
6. Сферам применения и методам
использования.

4. Физическое представление обрабатываемой информации

АВМ – аналоговые вычислительные машины,
или вычислительные машины непрерывного
действия, работают с информацией,
представленной в непрерывной (аналоговой)
форме.
ЦВМ – цифровые вычислительные машины,
или вычислительные машины дискретного
действия, работают с информацией,
представленной в цифровой форме.
ГВМ – гибридные вычислительные машины,
или вычислительные машины
комбинированного действия, работают с
информацией, представленной в цифровой и
в аналоговой форме. Используются для задач
управления сложными быстродействующими
техническими комплексами.

5. Классификация ЭВМ по поколениям. Первое поколение

К первому поколению обычно относят машины, созданные на
рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные
лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и
слишком дорогими машинами, которые могли приобрести
только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли
огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.
Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического
устройства и устройства управления достаточно проста,
программное обеспечение практически отсутствовало.
Показатели объема оперативной памяти и быстродействия
были низкими. Для ввода-вывода использовались
перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие
устройства.
Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.
Программы для этих машин писались на языке конкретной
машины. Математик, составивший программу, садился за пульт
управления машины, вводил и отлаживал программы и
производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее
длительным по времени.
Отечественные машины : МЭСМ (малая электронная счётная
машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М—20; в США –ENIAC и др.

6. Первая ЭВМ «ENIAC»

7. Второе поколение ЭВМ

Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные
примерно в 1955—65 гг. Характеризуются использованием в них как
электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических
элементов. Их оперативная память была построена на магнитных
сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого
оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные
устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны
и первые магнитные диски.
Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти —
до нескольких десятков тысяч слов.
Появились языки программирования высокого уровня, которые
использовали специальные программы -трансляторы, переводящие
программу с языка высокого уровня на машинный язык.
Появился широкий набор библиотечных программ для решения
разнообразных математических задач. Появились мониторные системы,
управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из
мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные
системы. (Для некоторых машин второго поколения уже были созданы
операционные системы с ограниченными возможностями).
Машинам второго поколения была свойственна программная
несовместимость, которая затрудняла организацию крупных
информационных систем.
Машины второго поколения: IBM 701(США), БЭСМ-4, БЭСМ-6, М-220 (СССР).

8. ЭВМ БЭСМ-6 (1968 г.)

Наиболее мощная из отечественных машин 2-го поколения.
Гл. конструктор С.А. Лебедев

9. Третье поколение ЭВМ

Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов.
Машины третьего поколения — это семейства машин с единой
архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве
элементной базы в них используются интегральные схемы.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные
системы.
Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е.
одновременного выполнения нескольких программ. Многие
задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала
брать на себя операционная система или же непосредственно
сама машина.
Примеры машин третьего поколения — семейства IBM—360,
IBM—370, PDP-11, VAX, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ
ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.
Быстродействие машин внутри семейства изменяется от
нескольких десятков тысяч до миллионов операций в
секунду.
Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч
слов.

10. IBM System/360 (1964 г.)

11. Четвертое поколение ЭВМ

Четвёртое поколение — это современное поколение компьютерной
техники, разработанное после 1970 года.
В аппаратном отношении для них характерно широкое использование
сверхбольших интегральных схем - микропроцессоров в качестве
элементной базы,
а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с
произвольной выборкой ёмкостью в сотни Гигабайт.
C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой
многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие
на общую память и общее поле внешних устройств;
персональные компьютеры, быстродействие которых составляет
до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость
оперативной памяти порядка 1 Гбайт и более.
Для этого поколения характерны:
телекоммуникационная обработка данных;
компьютерные сети;
широкое применение систем управления базами данных;
элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и
устройств.

12. IV поколение ЭВМ

13. Пятое поколение ЭВМ

Разработка последующих поколений компьютеров производится на
основе больших интегральных схем повышенной степени
интеграции (нанотехнология), использования оптоэлектронных
принципов (лазеры, голография).
Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров,
устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры
будут способны воспринимать информацию с рукописного или
печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать
пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на
другой.
Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два
основных блока. Один из них — это традиционный компьютер. Но
теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок,
называемый термином "интеллектуальный интерфейс". Его задача
— понять текст, написанный на естественном языке и содержащий
условие задачи, и перевести его в работающую программу для
компьютера.
Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью
компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном
расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров,
размещённых на одном кристалле полупроводника.

14. Классификация ЭВМ по назначению

Вычислительные системы
Системы обработки данных
Управляющие ЭВМ

15. Вычислительные системы

Характеризуются относительно
небольшими объемами входной и
выходной информации и сложными
алгоритмами ее обработки.
Такие ЭВМ должны иметь высокую
производительность и небольшое
количество устройств ввода-вывода

16. Системы обработки данных

Характеризуются большим
количеством внешних запоминающих
устройств, способных хранить
большой объем информации и
сравнительно несложными
алгоритмами обработки этой
информации.

17. Управляющие ЭВМ

Предназначены для управления в
реальном масштабе времени
объектами и производственными
процессами, поэтому для связи с
объектами управления ЭВМ
снабжаются преобразователями,
датчиками и т. д., которые
устанавливаются в контуре
управления.

18. Классификация по способу организации вычислительного процесса;

Однопрограммные - способны
одновременно выполнять не более
одной задачи.
Многопрограммные - могут работать в
однопрограммном и мультипрограммных
режимах. Эти режимы должны
поддерживаться соответствующими
операционными системами (ОС).

19. Классификация по универсальности

Универсальные - ориентированы на
решение широкого круга задач путем
применения соответствующего программного
обеспечения (ПО). Характерные особенности
универсальных ЭВМ: наличие
высокопроизводительного процессора; большой
объем памяти; соответствующая ОС.
Специализированные - предназначены для
решения определенного круга задач и не
требуют, как правило, разработки нового
программного обеспечения. Специализированные
ЭВМ проще и дешевле универсальных ЭВМ.

20. Классификация ЭВМ по сферам применения и методам использования.

Компьютер
Суперкомпьютер
Базовый
компьютер
Миникомпьютер
Рабочая
станция
Настольный
персональный
компьютер
Домашний
компьютер
Персональный
компьютер
(ПК)
Микрокомпьютер
Портативный
персональный
компьютер
Блокнотный
персональный
компьютер
Карманный
персональный
компьютер

21. Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с
производительностью свыше 1000 Мфлопс (1 Мфлопс = миллион
операций с плавающей точкой в секунду). Они называются
сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой
многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы,
работающие на общую память и общее поле внешних устройств.
Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше
среднего и переднего края (high end).
Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и
конвейеризации вычислений.
В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется
множество похожих операций (это называется мультипроцессорной
обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие
обеспечивается не для всех задач, а только для задач,
поддающихся распараллеливанию.
Что такое конвейеpная обработка? Приведем сравнение — на каждом
рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного
процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время
обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По
такому принципу устроено арифметико-логическое устройство
суперкомпьютера.

22. Суперкомпьютеры

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные
процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного
выполнения операций с многомерными цифровыми объектами —
векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и
параллельный конвейерный механизм обработки. Если на
обычном процессоре программист выполняет операции над каждым
компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу
векторные команды.
Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что
требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные
регистры.
Наиболее распространённые суперкомпьютеры — массовопараллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч
процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически
организованную систему памяти.
Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших
научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении,
разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и
т.д.
Элементная база — микросхемы сверхвысокой степени интеграции.

23. СУПЕРКОМПЬЮТЕР FUGAKU (ЯПОНИЯ) 442 010 ТЕРАФЛОПС/С, 7 630 848 ядер

24. Базовые компьютеры (Мэйнфреймы)‏

Базовые компьютеры
(Мэйнфреймы)
Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научнотехнических задач и являются сложными и дорогими машинами.
Их целесообразно применять в больших системах при наличии не
менее 200 — 300 рабочих мест.
Чаще всего мэйнфреймы используются в больших информационных
сетях, работают с большой скоростью и по производительности
уступают суперкомпьютеру, но охватывают более широкий круг
решаемых задач.
В связи с развитием архитектуры клиент-сервер мэйнфреймы стали
нередко использоваться в качестве серверов.
Известный мэйнфрейм S/390 фирмы IBM обычно оснащается не менее
чем тремя процессорами. Максимальный объём оперативного
хранения достигает 342 Терабайт.
Производительность его процессоров, пропускная способность каналов,
объём оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих
мест в диапазоне от 20 до 200000 с помощью простого добавления
процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых
накопителей.
Десятки мэйнфреймов могут работать совместно под управлением одной
операционной системы над выполнением единой задачи

25.

Серверы масштаба предприятия
Мэйнфрейм
МэйнфреймIBM
IBMSystem
S/390 –z9
продолжение
модель 2004
линии
SystemS/360-370
z9 модель 2004
Сервер Superdome фирмы
Hewlett Packard

26. Миникомпьютеры

Миникомпьютерами и
суперминикомпьютерами называются
машины, конструктивно выполненные в одной
стойке, т.е. занимающие объём порядка
половины кубометра. Сейчас компьютеры
этого класса вымирают, уступая место
микрокомпьютерам.

27. Рабочая станция

Рабочая станция - абонентская система,
специализированная на выполнение
определенных задач пользователя.
Рабочая станция предназначена для
работы в информационной сети и
создается на базе малого, но
достаточно мощного настольного либо
напольного компьютера.
Она характеризуется многозадачностью.

28.

Первые рабочие станции появились еще в конце 60-ых и сегодня они широко
применяются для работы с системами автоматизированного проектирования и
конструирования, 2D- и 3D-графикой, для видеомонтажа и ресурсоемких
вычислений. С появлением 64-разрядных версий операционных систем
Microsoft Windows высокопроизводительные рабочие станции под UNIX с
проприетарными программными средами уступили позиции системам с MS
Windows. Многие вендоры в качестве альтернативы предлагают также Linux от
Red Hat или SuSE.
Рабочие станции — полезный инструмент для проектировщиков и дизайнеров,
финансовых аналитиков и исследователей, создателей контента и креаторов.
Они поддерживают самые требовательные к ресурсам задачи и приложения,
такие как рендеринг сложной графики, финансовый анализ, вычислительные
задачи и редактирование видео и создание другого сложного цифрового
контента.
При обработке геопространственных данных, построении трехмерных моделей
местности и др. на стандартных ПК зачастую приходится сталкиваться с
нехваткой памяти, задержками и «подвисаниями», в то время как рабочие
станции демонстрируют высокую производительность и хорошо справляются с
отображением данных.
Рабочая станция — не просто компьютер, это целый ряд механизмов,
предназначенных для выполнения самых ресурсоемких задач, обеспечения
бесперебойной работы и расширенной функциональности.
Отличительные черты современных рабочих станций — высокая скорость
работы с данными, мощный процессор, большая емкость быстрой оперативной
памяти, интегрированный высокопроизводительный сетевой контроллер,
профессиональная графическая подсистема.

29. Рабочая станция

30. Микрокомпьютеры

Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный
процессор выполнен в виде микропроцессора.
Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько
микропроцессоров. Производительность компьютера
определяется не только характеристиками применяемого
микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами
периферийных устройств, качеством конструктивных решений и
др.
Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения
разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым
годом увеличивают мощность, а периферийные устройства —
эффективность. Быстродействие — порядка 1 — 10 миллионов
опеpаций в сек.
Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это
основанное на микропроцессоре специализированное
устройство, встраиваемое в систему управления или
технологическую линию.

31. Персональные компьютеры

Personal Computer (PC) – недорогой компьютер, созданный на базе
микропроцессора. ПК характеризуются небольшими размерами и
массовым производством.
В класс персональных компьютеров входят различные машины — от
дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной
памятью, до сверхсложных машин с мощным процессором,
винчестером ёмкостью в сотни Гигабайт, с цветными
графическими устройствами высокого разрешения, средствами
мультимедиа и другими дополнительными устройствами
Персональные компьютеры можно разделить на
Настольные ПК;
Портативные ПК.
Настольные ПК являются стационарными и предоставляют
наибольшие возможности их пользователям.
Портативные ПК имеют небольшие размеры и делятся на виды:
Laptop (наколенник),
Notebook (блокнот),
Palmtop (наладонник).

32.

Персональные компьютеры
Настольные компьютеры Apple iMac (2001 г.)
отличаются оригинальным дизайном

33. Персональные компьютеры

Пеpсональный компьютеp должен удовлетворять
следующим требованиям:
Малая стоимость, находящаяся в пределах
доступности для индивидуального покупателя (от
нескольких сотен до 5 —10 тыс. долларов);
Автономность эксплуатации без специальных
требований к условиям окружающей среды;
Гибкость архитектуры, обеспечивающая
адаптируемость к разнообразным применениям в
сфере управления, науки, образования и в быту;
Дружественность операционной системы и прочего
программного обеспечения (ориентация на
пользователя-непрофессионала);
Высокая надежность работы (более 5000 ч на
отказ).

34. Типы портативных компьютеров

Портативные компьютеры обычно нужны руководителям предприятий,
менеджерам, учёным, журналистам, которым приходится работать
вне офиса — дома, на презентациях или во время командировок.
Основные разновидности портативных компьютеров:
Laptop (наколенник, от lap> — колено и top — поверх). По
размерам близок к обычному портфелю. По основным
характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует
настольным ПК. Сейчас компьютеры этого типа уступают место ещё
меньшим.
Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к
книге крупного формата. Имеет вес около 3 кг. Помещается в
портфель-дипломат. Для связи с офисом его обычно комплектуют
модемом. Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD—ROM.
Многие современные ноутбуки включают взаимозаменяемые блоки
со стандартными разъёмами. Такие модули предназначены для
очень разных функций. В одно и то же гнездо можно по мере
надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на
магнитных дисках, запасную батарею или съёмный винчестер.
Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании. Даже если он получает
энергию от обычной электросети, в случае какого-либо сбоя он
мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.

35.

Портативные компьютеры (laptop, notebook)

36. Типы портативных компьютеров

Palmtop (наладонник или КПК) — изначально
предназначались для использования в качестве
электронных органайзеров. В настоящий момент КПК
практически полностью вытеснены смартфонами. С КПК
невозможно совершать звонки.

37.

Mini PC

38. Что такое смартфон и в чем его основные функции

Стандартного определения термина «смартфон» не существует.
Название произошло от английского smartphone, что можно
перевести дословно, и это означает «умный телефон».
Смартфон – это умный телефон, у которого есть
операционная система.
В число основных функций смартфона входит:
мобильная телефония (звонки с использованием одной сим-карты
или 2-х сим карт, а иногда и четырех),
прием и отправка СМС сообщений,
выход в Интернет с помощью одного браузера или нескольких
браузеров на выбор,
электронная почта,
использование Wi-Fi для доступа в Интернет помимо аналогичного
доступа с помощью услуг сотового оператора, предоставившего симкарту,
раздача Wi-Fi, когда смартфон превращается в точку доступа, и т.п.

39. Смартфоны

40. Типы смартфонов

В зависимости от производителя может быть много разных типов
операционных систем на разных моделях смартфонов.
Андроид смартфон – это умный телефон с операционной
системой Android, которая получила широкое распространение
благодаря тому, что имеет открытый исходный код на
основе Linux. Система разрабатывается группой компаний OHA
во главе с Google. Наличие открытого кода позволяет
многочисленным Андроид-программистам разрабатывать
собственные приложения для смартфонов.
Смартфон iPhone (айфон) – умный телефон компании Apple с
операционной системой iOS.
Смартфоны BlackBerry запускают операционную систему
BlackBerry OS.
Другие смартфоны используют Palm OS или Windows Mobile.
Многие операционные системы – это простые версии
настольных систем Linux, которые доступны не только на
компьютерах, но и на смартфонах.

41. Приложения смартфона

Многие мобильные приложения заранее установлены на
смартфонах самими производителями, поэтому их называют
предустановленными или встроенными. Например, новый
Андроид смартфон обычно «под завязку» забит приложениями
от компании Google, а новый Iphone – приложениями от Apple.
Важной особенностью смартфона является возможность
бесплатно или за плату загрузить дополнительные
необходимые приложения по желанию пользователя из
онлайновых магазинов приложений, таких как App Store (для
айфонов), BlackBerry App World, Google Play (для Андроид
смартфонов), 1mobile market, Windows Phone
Store, Яндекс.store и других.
Операционная система на смартфоне предоставляет также
возможности постоянно устанавливать новые обновления как
самой операционной системы, так и установленных
приложений, что делает смартфон действительно «умным»,
поддерживающим систему и приложения в последнем
актуальном состоянии.

42. ИКТ

43. Контрольные вопросы

1.
2.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Что такое ЭВМ (компьютер)?
Как классифицируются ЭВМ по:
Физическому представлению обрабатываемой
информации);
Поколениям;
Назначению;
Способу организации вычислительного
процесса;
Универсальности
Сферам применения и методам
использования.

44. Литература

Максимов Н.В., Попов И.И.,
Партыка Т.Л. «Архитектура ЭВМ и
вычислительные системы»-М.:
ФОРУМ: ИНФРА-М, 2024, Глава 2.1