На электромеханическом этапе была реализована идея Бэббиджа создания универсальной вычислительной машины с программным управлением, по трудности соизмеримая с наиболее сложными техническими системами того времени. Уже на этом этапе выявляется зависимость возможностей вычислительной техники от ее системной сложности; многие наработки данного этапа легли в основу развития современного этапа развития ВТ – электронного. Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет – от первого табулятора Г. Холлерита (1887) до первой ЭВМ ENIAC (1946).
Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства.
Аналитическая машина Ч. Бэббиджа. К наиболее ранним прообразам современных цифровых электронно-вычислительных машин (ЭВМ) относится аналитическая машина английского математика Ч. Бэббиджа (рис. 2.15). В 1-й половине XIX в. он разработал проект машины для автоматического решения задач, в котором гениально предвосхитил идею современных кибернетических машин. Машина Ч. Бэббиджа содержала арифметическое устройство (мельницу) и память для хранения чисел (склад), т.е. основные элементы современных ЭВМ.
Автоматизация переписи населения. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Первый такой комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и состоял из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора (рис. 2.16). Он предназначался для обработки результатов переписи населения в нескольких странах, в том числе и в России. В конце XIX в. перепись населения как одна из важнейших статистических задач проводилась регулярно – через 10 лет, это требование статистики строго соблюдали все развитыестраны.
|
|
Обработка полученных данных проводилась в течение нескольких лет, как правило, вручную или с помощью механических вычислительных машин. Причем статистиков уже не удовлетворяли данные только о количестве населения. Необходимы были сведения о национальности, родном языке, возрасте, поле, вероисповедании. Для этого необходимо было классифицировать собранный материал и выполнить счет по различнымпризнакам. При этом объем работы настолько увеличивался, что выполнить его оперативно и качественно на механических арифмометрах или суммирующих машинах оказалось невозможным, – потребовалось создание нового специального класса вычислительных машин, получивших название счетно-аналитических, а с начала 1960-х годов – перфорационных.
Машина А. Тьюринга. Выдающийся английский математик А. Тьюринг совершил грандиозное открытие, которое положило начало компьютерной эре. Он мысленно сконструировал абстрактный механизм, призванный решить одну из фундаментальных проблем математики, поставленную знаменитым немецким профессором Д. Гильбертом в 1900 г. на парижском Международном конгрессе математиков. Тем самым Тьюринг не только дал четкий ответ на эту конкретную задачу, но и – что гораздо важнее – сформировал научную основу алгоритма и предвосхитил архитектуру современных компьютеров. Более того, сама идея решения задач путем конструирования абстрактных механизмов, исполняемых на электронных устройствах, стала важнейшей для зарождения новой профессиональной сферы интеллектуальной деятельности – программирования.
|
|
Машина Тьюринга имеет бесконечную в обе стороны ленту, разделенную на квадратики (ячейки). В каждой ячейке может быть записан некоторый символ из фиксированного (для данной машины) конечного множества, называемого алфавитом данной машины. Один из символов алфавита выделен и называется пробелом; предполагается, что изначально вся лента пуста, т.е. заполнена пробелами.
Машина Тьюринга может менять содержимое ленты с помощью специальной читающей и пишущей головки, которая движется вдоль ленты. В каждый момент головка находится в одной из ячеек. Машина Тьюринга получает от головки информацию о том, какой символ та видит, и в зависимости от этого (и от своего внутреннего состояния) решает, что делать, т.е. какой символ записать в текущей ячейке и куда сдвинуться после этого (налево, направо или остаться на месте). При этом также меняется внутреннее состояние машины (мы предполагаем, что машина, не считая ленты, имеет конечную память, т.е. конечное число внутренних состояний).
Машина Поста. Эта абстрактная вычислительная машина, предложенная Э.Л. Постом, отличается от машины Тьюринга большей простотой. Обе машины «эквивалентны» и были созданы для уточнения понятия «алгоритм». МП состоит из каретки (или считывающей и записывающей головки) и разбитой на секции бесконечной в обе стороны ленты. Каждая секция ленты может быть либо пустой – 0, либо помеченной меткой 1. За один шаг каретка может сдвинуться на одну позицию влево или вправо, считать, записать или уничтожить символ в том месте, где она стоит. Работа МП определяется программой, состоящей из конечного числа строк. Всего команд шесть (табл. 2.1); N. – номер строки, J – строка, на которую переходит управление далее.
|
|
Таблица 2.1.
Команды машины Поста
| Команда | Описание |
| N. ® J | Сдвиг вправо |
| N. J | Сдвиг влево |
| N. 1 J | Запись метки |
| N. 0 J | Удаление метки |
| N.? J1, J0 | Условный переход по метке |
| N. Stop | Остановка |
Для работы машины нужно задать программу и ее начальное состояние (т.е. состояние ленты и позицию каретки). После запуска возможны следующие варианты:
– работа может закончиться невыполнимой командой (стирание несуществующей метки или запись в помеченное поле);
– работа может закончиться командой Stop;
– работа никогда не закончится.
Открытия, которые предшествовали созданию компьютеров:
– 1883 г. – открытие термоэлектронной эмиссии (эффект Эдисона, США);
– 1897 г. – открытие электрона (Дж. Томпсон, США);
– 1904 г. – создание диода – первой электронной лампы (Флеминг, Англия);
– 1906 г. – создание триода (Форест, США);
– 1918 г. – создание триггера – электронного реле (Бонч-Бруевич, Россия);
– 1920 г. – разработка электромеханических и релейных машин (Англия, Германия, Россия, США);
– 1945 г. – формулирование принципов действия ЭВМ (Д. фон Нейман, США).
Компьютер Mark I. Mark I (Automatic Sequence Controlled Calculator – вычислитель, управляемый автоматическими последовательностями) – первый американский программируемый компьютер. Разработан и собран в 1941 г. по контракту с IBM молодым гарвардским математиком Эйксоном и другими инженерами этой компании на основе идей Ч. Бэббиджа. После успешного прохождения первых тестов в феврале 1944 г. компьютер был перенесен в Гарвардский университет и формально запущен там. Компьютер содержал около 765 тыс. деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.), достигал в длину почти 17 м, в высоту – более 2,5 м и весил около 4,5 т. Общая протяженность соединительных проводов составляла почти 800 км. Основные вычислительные модули синхронизировались механически при помощи 15-метрового вала, приводимого в движение электрическим двигателем мощностью 5 л. с. (4 кВт). Фактически Mark I представлял собой усовершенствованный арифмометр, заменявший труд примерно 20 операторов с обычными ручными устройствами, однако из-за наличия возможности программирования некоторые исследователи называют его первым реально работавшим компьютером.
Первый автоматический программируемый универсальный цифровой компьютер Z3. Z3 (разработчик – доктор К. Цузе) создавался с 1939 по 1941 г.
Z3 продолжил берлинские разработки К. Цузе (рис. 2.17) – Z1 и Z2. Он управлялся перфолентой из использованной кинопленки, а ввод и вывод производился с четырехкнопочной цифровой клавиатуры и ламповой панели. Машина была основана на реле-технологии и требовала приблизительно 2600 реле: 1400 – для памяти, 600 – для арифметического модуля и оставшиеся – как часть схем управления. Общая стоимость материалов составила в то время приблизительно 6500 долларов. Единственная модель Z3 была разрушена во время воздушного налета в 1944 г. Z3 – первое устройство которое можно назвать полностью сформировавшимся компьютером с автоматическим контролем над операциями.
Поколения ЭВМ
Первое поколение. Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) первого поколения использовали ламповую элементную базу, обладали малыми быстродействием и объемом памяти имели неразвитые операционные системы, языки низкого уровня (1940-1950).
Первый в мире большой универсальный электронный цифровой компьютер - ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) – разработали Дж. Мочли и Дж. Эккерт (рис 2,18) Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов/200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов Общая стоимость базовой машины – 750000 долларов, потребляемая мощность ENIAC -174 кВт, занимаемое пространство – около 300 кв. м.
В 1949 г. был разработан первый большой полнофункциональный электронный цифровой компьютер с сохраняемой программой – EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Разработан М. Вилкесом и сотрудниками математической лаборатории Кембриджского университета (Англия).
Второе поколение. Электронно-вычислительные машины второго поколения имели полупроводниковую элементную базу, изменяемый состав внешних устройств, языки программирования высокого уровня и принцип библиотечных программ (конец 1950 – начало 1970-х годов). Пример компьютера этого поколения – МЭСМ (Модель электронно-счетной машины), разработанная в 1950 г. под руководством С. А. Лебедева (Институт электротехники АН УССР) – рис. 2.19. МЭСМ была расположена в зале площадью 60 кв. м. Общее количество электронных ламп – около 3500 триодов и около 2500 диодов, в том числе 2500 триодов и 1500 диодов в запоминающем устройстве. Суммарная потребляемая мощность – около 25 кВт.
Первый коммерческий компьютер, UNIVAC, который хранил программы и использовал транслятор, был разработан Дж. Мочли и Дж. Эккертом в 1951 г. «Универсальный автоматический компьютер» был первым электронным цифровым компьютером общего назначения. UNIVAC мог сохранять 1000 слов.
Максимальное количество цифр – 12000, время доступа – до 400 мкс. Магнитная лента несла 120000 слов и 1440000 цифр. Ввод-вывод осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора.
В СССР второе поколение начинается с ЭВМ «Раздан» (I960), и его вполне можно проиллюстрировать такими известными сериями ЭВМ, как «Наири», МИР (малые ЭВМ); «Минск», «Урал», «Раздан», М-220, БЭСМ-4 (средние ЭВМ) и «Днепр», M-4000 (управляющие ЭВМ). Наилучшей отечественной ЭВМ второго поколения по праву считается модель БЭСМ-6, созданная в 1966 г., имеющая основную и промежуточную (на магнитных барабанах) память объемом соответственно 128 и 512 Кб, быстродействие порядка 1 млн. операций в секунду и довольно обширную периферию (магнитные ленты и диски, графопостроители, разнообразные устройства ввода-вывода).
Для систем управления вооруженных ракет впервые в СССР была разработана новая технология отработки программно-математического обеспечения, включающая так называемый «электронный пуск», яри котором на специальном комплексе, включающем ЭВМ БЭСМ-6 и изготовленные блоки системы управления ракетой, моделировался полет ракеты и реакция системы управления на воздействие основных возмущающих факторов (рис.2.20). Эта технология обеспечила также эффективный и полный контроль полетных заданий. Коллектив разработчиков «электронного пуска» (Я.Е. Айзенберг, Б.М. Конорев, С.С. Корума, И.В. Вельбицкий и др.) был удостоен Государственной премии УССР.
Наиболее же массовыми советскими ЭВМ второго поколения были модели «Минск-22» и «Минск-32», хорошо себя зарекомендовавшие в эксплуатации при решении широкого круга задач. По ряду архитектурных решений БЭСМ-6 и «Минск-32» можно отнести к моделям, промежуточным между вторым и третьим поколениями ЭВМ.
Второе поколение начинается также с ЭВМ RCA 501, появившейся в 1959 г. в США и созданной на полупроводниковой элементной базе. Новая элементная технология позволила резко повысить надежность вычислительной техники, уменьшить ее габариты и потребляемую мощность, а также значительно увеличить производительность. Это дало возможность создавать ЭВМ с большими логическими возможностями и производительностью, что способствовало распространению сферы применения ЭВМ на решение задач планово-экономических, управления производственными процессами и др. В рамках второго поколения все более четко проявляется дифференциация ЭВМ на малые, средние и большие.
Из зарубежных ЭВМ второго поколения можно отметить такие известные американские модели, как IBM 7090, LARC (1960), Stretch (1961), и английскую Atlas (1962). При этом, если Stretch была первой большой ЭВМ, использующей слова как фиксированной, так ипеременной длины, то LARC была последним большим проектом, использующим оперативную память исключительно для хранения десятичных чисел. В ЭВМ Atlas, являющейся последним большим проектом второго поколения, был использован ряд новшеств, в дальнейшем нашедших свое развитие в моделях следующего поколения: концепция виртуальной памяти, аппаратная система прерываний (экстракодов) и др. Обе концепции были взяты на вооружение многими последующими разработчиками ЭВМ, а вызовы супервизора (SVC) операционной системы OS/360 широко известной серии IBM System/360 являются прямым следствием этой концепции. Транзистор (от англ. transfer – переносить и resistor – сопротивление) – это полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Транзистор
делается на основе монокристаллического полупроводника, который содержит не менее трех областей с различной проводимостью.
Датой создания транзистора является 23 декабря 1947 г., когда в лаборатории Bell Telephone Laboratories был создан трех-электродный полупроводниковый прибор. Его авторами являлись Дж. Бардин (John Bardeen), У. Бремен (Walter Brattain) и У. Брэдфорд Шокли (William Bredford Chockley).
ДВК (диалоговый вычислительный комплекс) – семейство персональных компьютеров середины 80 – начала 90-х годов XX в. (рис. 2.21). Разработан в НИИТТ НПО «Научный Центр», г. Зеленоград. Первая модель ДВК-1 разработана в 1981 г., выпуск – с 1982 г. Хотя понятие «персональный компьютер» не было распространено в СССР, данное семейство компьютеров проектировалось именно как персональные.
Третье поколение. Электронно-вычислительные машины третьего поколения использовали интегральные схемы, имели развитую конфигурацию внешних устройств и стандартизованные средства сопряжения, обладали большим быстродействием и значительными объемами основной и внешней памяти. Развитая операционная система обеспечивала работу в так называемом мультипрограммном режиме (1970-е – начало 1980-х годов). К таким компьютерам относится IBM 360 (рис. 2.22). Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла.
В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап – переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем. Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.
Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.
Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид ОС, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины в интерактивном режиме. В советской России это была ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ): ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1060. В разработке этой серии участвовали Болгария, Венгрия, Чехия. Начался выпуск советских ЭВМ: МИР-31, МИР-32, АСВТ М-6000, АСВТ М-7000. Выпускались также более компактные ЭВМ: «Электроника-79», «Электроника-100», «Электроника-125», «Электроника-200». ЕС-1010 (рис. 2.23) имеет быстродействие 10 тыс. операций в секунду. Быстродействие ЕС-1020 – 20 тыс. операций в секунду, ОЗУ –64 Кб, внешняя память на магнитных лентах и дисках.
Четвертое поколение. Электронно-вычислительные машины четвертого поколения используют большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), виртуальную память, многопроцессорный с параллельным выполнением операций, принцип построения, развитые средства диалога (2-я половина 1980-х годов, внедрение первых образцов – 1-я половина 1990-х годов).
Развитие ЭВМ четвертого поколения пошло по двум направлениям:
1. Создание супер-ЭВМ – комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы 1LLIAS 4, Cray, Cyber, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус-2» активно использовались в Советском Союзе в областях, требующих большого объема вычислений, прежде всего в оборонной отрасли. Вычислительные комплексы «Эльбрус-2» эксплуатировались в Центре управления космическими полетами, в ядерных исследовательских центрах. Наконец, именно комплексы «Эльбрус-2» с 1991 г. использовались в системе противоракетной обороны и на других военных объектах.
2. Дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM PC (XT, AT, PS/2), «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», EC-I840, ЕС-1841, ЕС-5017 (рис. 2.24) и др.
Пятое поколение. Переход к компьютерам пятого поколения предполагал использование новых архитектур, ориентированных на создание искусственного интеллекта. Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них – собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом». Задача интерфейса – распознать текст, написанный на естественном языке, или речь и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.
Переход к компьютерам пятого поколения – широкомасштабная правительственная программа по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта, предпринятая в Японии в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Начало разработок – 1982 г.
Основные требования к компьютерам пятого поколения:
– создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов);
– развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;
– создание новых технологий в производстве вычислительной техники;
– создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.
Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта.
В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках.
Для создания программ, осуществляющих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.
Электронно-вычислительные машины пятого поколения характеризуются наряду с использованием более мощных СБИС применением принципа «управление потоками данных» (в отличие от принципа Д. фон Неймана «управление потоками команд»), новыми решениями в архитектуре вычислительной системы и использованием принципов искусственного интеллекта (с 1980 г. по настоящее время) – рис. 2.25. Это нейрокомпьютеры, квантовые компьютеры, биокомпьютеры (рис. 2.26) и т.д.
Японская компания NTT (Nippon Telegraph and Telephone) совместно с университетом г. Осака создали и продемонстрировали первый в мире квантовый компьютер, основанный на явлении квантовой телепортации.
Идея нейробионики (создания технических средств на нейропринципах) стала интенсивно реализовываться в начале 1980-х годов. Импульсом к этому послужило следующее противоречие: размеры элементарных деталей компьютеров сравнялись с размерами элементарных «преобразователей информации» в нервной системе, было достигнуто быстродействие отдельных электронных элементов, в миллионы раз большее, чем у биологических систем, а эффективность решения задач, особенно связанных задач ориентировки и принятия решений в естественной среде, у живых систем пока недостижимо выше. Другой импульс развитию нейрокомпьютеров дали теоретические разработки 1980-х годов по теории нейронных сетей (сети Хопфилда, сети Кохонена, метод обратного распространения ошибки).
Классификация ЭВМ
ЭВМ классифицируются по назначению.
Супер-ЭВМ (суперкомпьютеры) – класс сверхпроизводительных ЭВМ, предназначенных для решения особо сложных задач в науке и технике (рис. 2.27).
В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью. Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, прогнозирование по годно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний, обработка сигналов в реальном масштабе времени и т.п.), что в том числе отличает их от серверов и мейнфреймов – компьютеров с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи (к которым относится, например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей).
Своим появлением суперкомпьютер обязан талантливому американскому инженеру и ученому С. Крею, разработавшему компьютерные системы CDC 6600, CDC 7600, Сгау-1, Сгау-2 (рис. 2.28), Сгау-3 и Сгау-4. С. Крей создавал суперкомпьютеры, которые становились основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 1960-х годов до 1996 г.
В нашей стране Межведомственный суперкомпьютерный центр (МСЦ) был создан в 1996 г. совместным решением Президиума Российской академии наук (РАН), Министерства науки и технологий Российской Федерации, Министерства образования Российской Федерации, Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и является государственным научным учреждением.
Основными задачами МСЦ являются:
– обеспечение исследователей – сотрудников научных учреждений РАН, участников научных программ Министерства промышленности, науки и технологий РФ и Министерства образования РФ – современными вычислительными ресурсами, в том числе дистанционно через национальную сеть компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы;
– оказание методической помощи исследователям в использовании высокопроизводительных вычислительных средств и современных средств обработки информации, в том числе по каналам Интернета;
– обеспечение доступа к современным базам данных;
– проведение исследований по развитию системного и прикладного математического обеспечения, а также решение задач большой сложности (рис. 2.29).
Вторым двигателем российского суперкомпьютинга стала программа «СКИФ», осуществляемая совместно Россией и Белоруссией. Она стартовала в 2000 г., и в ее рамках была произведена разработка семейства суперкомпьютеров «СКИФ», наиболее известные из которых – «СКИФ К-500» и «СКИФ К-1000». «СКИФ МГУ» – суперкомпьютер, разработанный на основе суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» и запущенный в работу в МГУ в 2008 г.; способен производить десятки триллионов операций с плавающей точкой в секунду. Компьютер разработан российскими и белорусскими специалистами и предназначен для быстрого решения большого числа задач в разных областях науки: аэро- и гидродинамике, метеорологии, магнитной гидродинамики, физике высоких энергий, геофизике, в финансовой сфере (при обработке больших объемов сделок на биржах), климатологии, криптографии, компьютерного моделирования лекарств.
Мэйнфрейм (Mainframe) – это большая универсальная ЭВМ, которая является вычислительной системой общего назначения, обеспечивающей непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Термин «мэйнфрейм» имеет два основных значения:
1. Большая универсальная ЭВМ – высокопроизводительный компьютер со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой емкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.
2. Компьютер с архитектурой IBM System/360, 370, 390, (рис. 2.30).
Мини-ЭВМ отличаются уменьшенными размерами, меньшими производительностью и стоимостью. Используются крупными предприятиями, научными учреждениями, применяются для управления производственными процессами. Примеры таких компьютеров: PDP-11 (США), MERA 302 (рис. 2.31), СМ ЭВМ.
Микро-ЭВМ находят применение в крупных вычислительных центрах для таких задач, как предварительная подготовка данных. Для обслуживания такого компьютера достаточно небольшой вычислительной лаборатории. Примером такого компьютера может служить «Электроника-60» (рис. 2.32) – серия советских микро-ЭВМ. Машины серии «Электроника-60» предназначены для использования в составе управляющих комплексов систем дискретной автоматики либо для отладки программ встраиваемых специализированных микро-ЭВМ.
Персональный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места. С 1999 по 2002 г. в области ПК действовали международные сертификационные стандарты – сертификации PC 99 – PC 2002. Они регламентировали принципы классификации ГТК и оговаривали минимальные и рекомендуемые требования из каждой категории. Стандарты устанавливали следующие категории ПК, каждая из которых имеет свои особенности: массовый, деловой, портативный, рабочая станция, развлекательный. Одна из целей такой стандартизации состояла в том, чтобы наметить дальнейшие пути развития и совершенствования ПК. Однако развитие аппаратных средств ПК привело к постепенному размытию границ между реальными категориями, поэтому обновление этих стандартов было прекращено. Классификация ПК по категориям:
– массовый ПК (Consumer PC) имеет минимальную аппаратно-программную конфигурацию и является финансово доступным для любого пользователя (рис. 2.33);
– деловой ПК (Office PC) – компьютер, имеющий высокие технические характеристики и большой объем памяти для хранения больших объемов информации (рис. 2.34);
– портативный ПК (Mobile PC) должен обязательно иметь средства компьютерной связи (рис. 2.35);
– рабочая станция (Workstation PC) используется в основном в производственных технологических процессах и имеет устройства хранения данных, к которым предъявляются повышенные требования (рис. 2.36);
– развлекательный ПК (Entertainmemt PC) имеет развитые мультимедийные средства для воспроизведения звука, видео, графики (рис. 2.37).
По уровню специализации компьютеры делятся на универсальные и специализированные, предназначенные для решения конкретного круга задач. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава: один и тот же ПК можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами. Специализированные компьютеры используются, например, как бортовые компьютеры автомобилей, самолетов, судов, космических аппаратов.
Классификация компьютеров по типоразмерам: настольные (Desktop), портативные (Notebook), карманные (записные книжки – Palmtop).
Классификация по совместимости:
– по аппаратной платформе (например, IBM PC и Apple Macintosh);
– по уровню операционной системы (программная совместимость);
– по уровню данных.
Существует также классификация по типу используемого про-цессора, который в значительной степени характеризует технические свойства компьютера.
Контрольные вопросы
1. Что относится к аппаратно-техническому обеспечению АИС?
2. Перечислите поколения ЭВМ.
3. Какие существуют классификации компьютеров?
4. Перечислите элементную базу компьютеров второго поколения.
5. Назовите компьютер, который считается первым в мире цифровым компьютером.
6. Перечислите категории ПК согласно международной сертификации.
7. Какие компьютеры относятся к супер-ЭВМ?
8. Что собой представляет компьютер Mark I?
9. Перечислите элементную базу компьютеров четвертого поколения.
10. Что собой представляет компьютер Z3?
11. Назовите первые средства счета.
12. Перечислите элементную базу компьютеров третьего поколения.