Принципы классификации средств вычислительной техники

1.

По использованию физических принципов
1)
Механические (счёты, арифмометр Феликс, абака, часы,
электромеханический счетчик электроэнергии)
2)
Электрические (ЭВМ)
3)
Пневматические (энергия передается какому-либо газу и с
помощью него выполняется действие, например, во
взрывобезопасные устройствах или резервных контурах.
Используется система мембран и дросселей). Из-за низкой
стоимости и высокой надежности также применяют в
металлургии, теплоэнергетике, газовой промышленности и т. п.
4)
Гидравлические (взрывобезопасные контроллеры,
бортовые вычислители)
5)
Оптические (оптический компьютер)
6)
Биохимические (моделирование искусственного нейрона)

2.

По назначению
1)
Специализированные ЭВМ (управляющие вычислительные
машины): служат для решения узкого класса задач или даже одной
задачи, требующей многократного повторения (цикличность). Узкая
специализация вычислителя позволяет решать задачи наиболее
эффективно.
Преимущество – минимальный аппаратный состав.
Недостаток – тот же (минимальный аппаратный состав).
Пример: программируемые микропроцессоры специального
назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические
функции управления отдельными техническими устройствами,
агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения
работы узлов вычислительных систем.

3.

По назначению
2) Проблемно-ориентированная ЭВМ. Имеют
ограничения машинных ресурсов применительно к
определенному классу задач, обладают некоторой
универсальностью в пределах этого класса.
Пример: кассовый аппарат магазина.

4.

По назначению
3)
Универсальные ЭВМ – предназначены для решения задач
широкого класса, обладают максимальными аппаратными
возможностями и характеризуются сложными и
многофункциональным программным обеспечением:
• Аппаратное обеспечение – достаточное для организации
взаимодействия человека и ЭВМ.
• Наличие ОС – программной системы, обеспечивающей
диалоговый, или иными словами интерактивный режим работы
ЭВМ – пользователь
• Наличие средств программирования предназначенных для
создания новых программ
• ПО персональных ЭВМ ориентировано на массового потребителя

5.

По типу информации
• По типу информации, которой оперируют
вычислительные машины, ЭВМ делятся на
цифровые, аналоговые и гибридные.
• Критерий – форма представления информации.

6.

По типу информации.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ)
• Оперируют с информацией, представленной в непрерывной форме, т.е.
каждому мгновенному знанию физической величины поставлено в
соответствие значение математической величины. Физические величины могут
быть закодированы с помощью величины электрического тока, напряжения,
амплитуды, фазы и частоты переменного тока.
• Одним из самых древних АВМ считается антикитерский механизм —
механическое устройство, обнаруженное в 1902 году на затонувшем
древнем судне недалеко от греческого острова Антикитера. Датируется
приблизительно 100 годом до н. э. (возможно, до 150 года до н. э.). Механизм
содержал большое число бронзовых шестерён в деревянном корпусе, на
котором были размещены циферблаты со стрелками и, по реконструкции,
использовался для расчёта движения небесных тел.

7.

По типу информации.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ)
Все функциональные блоки АВМ можно разделить на ряд групп:
• линейные — выполняют интегрирование, суммирование,
перемена знака, умножение на константу.
• нелинейные (функциональные преобразователи) —
соответствуют нелинейной зависимости функции от нескольких
переменных.
• логические — устройства непрерывной, дискретной логики,
релейные переключающие схемы.
Первая электромеханическая АВМ создана в MIT в 1930 г. В. Бушем.
В конце 30-х гг. на десять лет раньше цифровых ЭВМ появились
электронные АВМ.

8.

По типу информации.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ)
• Мозг человека — самое мощное и эффективное
«аналоговое устройство» из существующих. И
хотя передача нервных импульсов происходит за
счет дискретных сигналов, информация в
нервной системе не представлена в цифровом
виде.
• Нейрокомпьютеры — аналоговые, гибридные
компьютеры (модели реализованные на
цифровых ЭВМ), построенные на элементах,
которые работают аналогично клеткам мозга.

9.

По типу информации.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ)
• Мозг человека — самое мощное и эффективное
«аналоговое устройство» из существующих. И
хотя передача нервных импульсов происходит за
счет дискретных сигналов, информация в
нервной системе не представлена в цифровом
виде.
• Нейрокомпьютеры — аналоговые, гибридные
компьютеры (модели реализованные на
цифровых ЭВМ), построенные на элементах,
которые работают аналогично клеткам мозга.

10.

По типу информации.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ)
Преимущества АВМ:
• Простота и удобство эксплуатации;
• Простое программирование и решение задач
• Произвольная изменяемая скорость решения задачи (быстрее
цифровых ЭВМ)
• Эффективны при решении математических задач с
дифференцированием и интегрированием, не требующие
сложной логики
Недостатки АВМ:
• низкая точность (относит. погрешность решения задачи 2-5 %)
• не универсальность

11.

По типу информации.
Цифровые вычислительные машины
ЦВМ – машины дискретного действия, обрабатывают информацию,
представленную в цифровой форме.
Дискретизация по времени – получить информацию мы можем
только в определённые моменты времени.
Дискретизация по уровню – значение величины может принимать
лишь определённое значение. Главное преимущество – скорость.
Преимущества ЦВМ:
• Точность вычислений зависит от разрядности вычислительных
машин, которая может быть изменена по желанию
проектировщика.
• Лёгкость программирования.
Недостатки ЦВМ:
• Необходимость дискретизации аналоговых сигналов.

12.

По типу информации.
Гибридные машины
• Сочетают в себе преимущества аналоговых и цифровых
машин: с помощью цифровой машины выполняется
конфигурирование, скорость расчетов – аналоговая.
• Применяются для решения задач управления сложными
быстродействующими техническими комплексами.
• Простейшее гибридное устройство. Аналоговый
штангенциркуль с цифровым блоком измерения.
• 1958 год, Фрэнк Розенблатт разработал первый
нейрокомпьютер-перцептрон Марк-1, который
относится к гибридным системам.

13.

По типу информации.
Гибридные машины
• простейший элемент современных нейрокомпьютеров
*
*
*
W1U 1
W2U 2
f (s )
W3U 3
• Нервы животных могут служить примером аналоговой системы. Сигналы
проходят через синапсы от одной нервной клетки к следующей как
дискретные (цифровые) сигналы, которые затем преобразуются внутри
нервных клеток в аналоговый моды путем создания электрохимического
потенциал, пока его порог не будет достигнут, после чего происходит
передача серии цифровых сигналов в следующую клетку нерва.

14.

Общая классификация средств
вычислительной техники
• Частная классификация ЭВМ по архитектурному
принципу
(Ar) Архитектура
(Ù) аналоговая
(#) цифровая
(⌂) гибридная
(a) изменяемая логика функционирования
(b) жесткая логика функционирования
(a)
(b)
(a)
(b)

15.

Общая классификация средств
вычислительной техники
• Частная классификация ЭВМ по принципу
эксплуатационного использования
(Ap) Применение
(u) универсальное
(c) автономное
(c)
(d) дистанционное
(s)
(d)
(e) стационарное
(e)
(c)
(c) (d)
(") некритичное
(u)
(d)
(e)
(s) специализированное
(e)
(ε) критичное

16.

Общая классификация средств
вычислительной техники
• ЭВМ критичного применения отличаются от ЭВМ
некритичного применения недопустимо большими
последствиями их отказа. Соответственно этому
усложняются функции обеспечения отказоустойчивости.
• В случае ЭВМ из подкласса автономного использования
не требуется участия персонала (проектировщиков и
операторов) в его обслуживании. Эти функции
возлагаются на нее саму. В случае дистанционного
использования, техническое обслуживание
осуществляется удаленно и не требует личного
присутствия персонала.

17.

Общая классификация средств
вычислительной техники
• Частная классификация ЭСУ по типам
используемых интегральных компонентов
(Ch) Компонентное
обеспечение
(∆) функционально
законченное
( ) функционально
развиваемое
(f) специализированное
(g) универсальное
(h) полузаказное
(i) промышленно-программируемое
(k) эксплуатационно-программируемое

18.

Классификация средств вычислительной
техники по размерам
• Микропроцессор – это программно управляемое
цифровое устройство в виде одной или
нескольких интегральных микросхем
(микропроцессорный комплект, chipset).
• Микроконтроллер – интегральная микросхема,
содержащая полнофункциональный набор
внутренних блоков. Иначе процессоры называют
однокристальными микро ЭВМ. Например,
микроконтроллер для построения устройства
ввода-вывода.

19.

Классификация средств вычислительной
техники по размерам
Большие компьютеры – мэйнфреймы
(mainframe)
• Предназначены для решения научно-технических
задач, работа в вычислительных системах с
пакетной обработкой информации, работа с
большими базами данных, управление
вычислительными сетями и их ресурсами.
• Использование мэйнфреймов в качестве
больших серверов вычислительных сетей —
наиболее актуальное.

20.

Классификация средств вычислительной
техники по размерам
Малые компьютеры (мини-ЭВМ) — надежные, недорогие и
удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько
более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.
Особенности: широкий диапазон производительности в конкретных
условиях применения;
Достоинства:
• модульная архитектура;
• лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение
производительность/цена;
Используются
• в качестве управляющих вычислительных комплексов.
• для вычислений в многопользовательских вычислительных
системах.

21.

Микрокомпьютеры
МикроЭВМ
Универсальные
Многопользовательские
Однопользовательские
(персональные)
Специализированные
Многопользовательские
(серверы)
Сетевые
Однопользовательские
(рабочие станции)

22.

Классификация средств вычислительной
техники по размерам
• Многопользовательские микрокомпьютеры — это мощные микрокомпьютеры,
оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме
разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким
пользователям.
• Персональные компьютеры — однопользовательские микрокомпьютеры,
удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.
• Рабочие станции (workstation) представляют собой однопользовательские
микрокомпьютеры для работы в вычислительных сетях, часто специализированные для
выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и т.
д.).
• Серверы (server) — многопользовательские мощные микрокомпьютеры в
вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех рабочих станций
сети.
• Сетевые компьютеры (network computer) — упрощенные микрокомпьютеры,
обеспечивающие работу в сети и доступ к сетевым ресурсам, часто
специализированные на выполнение определенного вида работ (защиту сети от
несанкционированного доступа, организацию просмотра сетевых ресурсов,
электронной почты и т. д.).

23.

Классификация средств вычислительной
техники по размерам.
Персональные компьютеры (ПК) относятся к классу микрокомпьютеров. ПК для
удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения
должен обладать следующими качествами:
• малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для
индивидуального покупателя;
• автономность эксплуатации без специальных требований к условиям
окружающей среды;
• гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптируемость к разнообразным
применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
• дружественность операционной системы и прочего программного
обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без
специальной профессиональной подготовки;
• высокая надежность работы (более 5000 часов наработки на отказ).

24.

Классификация средств вычислительной
техники по размерам.
К суперкомпьютерам относятся мощные
многопроцессорные вычислительные машины с
быстродействием сотни миллионов — десятки
миллиардов операций в секунду.
• Кластер – группа объединяемых
высокопроизводительных серверов.
• Кластеризация позволяет манипулировать
группой серверов как одной системой, упрощая
управление и повышая надежность.