Конфигурация персонального компьютера

      Многопользовательские микроЭВМ — это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

          Персональные компьютеры (ПК) — однопользовательские микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

         Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).

       Серверы (server) — многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.

          Конечно, вышеприведенная классификация весьма условна, ибо мощная современная ПК, оснащенная проблемно-ориентированным программным и аппаратным обеспечением, может использоваться и как полноправная рабочая станция, и как многопользовательская микроЭВМ, и как хороший сервер, по своим характеристикам почти не уступающий малым ЭВМ.

Рассмотрим кратко современное  состояние некоторых классов  ЭВМ.

         Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики: производительность не менее 10 MIPS;. основную память емкостью от 64 до 10000 Мбайт; внешнюю память не менее 50 Гбайт;                                                                   многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

          Основные направления эффективного применения мэйнфреймов — это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление — использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

           Родоначальником современных больших ЭВМ, по стандартам которой в последние несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира, является фирма IBM. Ее модели IBM 360 и IBM 370, их архитектура и программное обеспечение взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

        Среди лучших современных разработок мэйнфреймов за рубежом следует в первую очередь отметить: американские IBM 390, IBM 4300 (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 г., и IBM ES/9000, созданные в 1990 г., а также японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu.

         Семейство мэйнфреймов IBM ES/9000 (ES — Enterprise System — система (сеть) масштаба предприятия) открывает новое семейство больших ЭВМ, включающее 18 моделей компьютеров, реализованных на основе архитектуры IBM 390:

1. младшая модель ES/9221 modell20 имеет основную память емкостью 256 Мбайт, производительность десятки MIPS и 12 каналов ввода-вывода;
2. старшая модель ES/9021 model 900 имеет 6 векторных процессоров, основную память емкостью 9 Гбайт, производительность тысячи MIPS и 256 каналов ввода-вывода, использующих волоконно-оптические кабели.

        Семейство мэйнфреймов М 1800 фирмы Fujitsu пришло в 1990 г. на смену моделям V 780 и включает в себя 5 новых моделей: Model-20, -30, -45, -65, -85; старшие модели Model-45, -65, -85 — многопроцессорные ЭВМ соответственно с 4, 6 и 8 процессорами; последняя, старшая модель имеет основную память емкостью 2 Гбайта и 256 каналов ввода – вывода. ⁴

         Последние, наиболее мощные модели отечественных больших ЭВМ существенно усылают по своим характеристикам зарубежным типам этих машин:

1. ЕС 1068 имеет производительность 10 MIPS и основную память емкостью 32 Мбайта;
2. ЕС1087— 15 MIPS и 128 Мбайт;
3. ЕС1130— 50 MIPS и 8 Мбайт;
4. ЕС1170 (4-процессорный вариант) — 20 MIPS и 64 Мбайта.

         Зарубежные фирмы определяют рейтинг мэйнфреймов, учитывая многие показатели:  надежность; производительность; емкость основной и внешней памяти; время обращения к основной памяти; время доступа и трансфер внешних запоминающих устройств; характеристики КЭШ-памяти; количество каналов и эффективность системы ввода-вывода; аппаратную и программную совместимость с другими ЭВМ;  поддержку сети и др.

         Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) — надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.

         Мини-ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини-ЭВМ) обладают следующими характеристиками: производительность — до 100 MIPS; емкость основной памяти — 4 -512 Мбайт; емкость дисковой памяти — 2-100 Гбайт;                                          число поддерживаемых пользователей — 16-512.

        Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

        К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений.

         Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов широкая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками межпроцессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.

           Наряду с использованием для управления технологическими процессами мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

           Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor — программно-управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation — Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ — Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1, 2, 3, 4, 1400, 1700 и др.

           В настоящее время семейство мини-ЭВМ PDP-11 включает большое число моделей — от VAX-11 до VAX-3600; мощные модели мини-ЭВМ класса 8000 (VAX-8250, 8820); супермини-ЭВМ класса 9000 (VAX-9410, 9430) и др.

          Модели VAX обладают широким диапазоном характеристик: количество процессоров — от 1 до 16; производительность — от 1 до 600 MIPS; емкость основной памяти — от 4 Мбайт до 2 Гбайт; емкость дисковой памяти — от 2 до 300 Гбайт; число каналов ввода-вывода — до 32.

         Иными словами, мини-ЭВМ VAX полностью перекрывают весь диапазон характеристик этого класса компьютеров и в подклассе супермини стирают грань с мэйнфреймами.

         Среди прочих мини-ЭВМ следует отметить:

• однопроцессорные: IBM 4381, HP 9000;  
•    многопроцессорные: Wang VS 7320, AT&T ЗВ 4000;
• супермини-ЭВМ HS 4000, по характеристикам не уступающая мэйнфреймам.⁵

       Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должен иметь следующие характеристики:

1. малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
2. автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
3.   гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
4. "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
5. высокую надежность работы (более 5000 ч наработки на отказ).

         Среди зарубежных ПК (табл. 2) следует отметить компьютеры американской фирмы IBM: IBM PC/XT, IBM PC/AT на микропроцессорах 80286 (16-разрядные), IBM PS/2 8030-PS/2 8080 (PS — Personal System), все PS, кроме PS/2 8080, — 16-разрядные, PS/2 8080 — 32-разрядная, IBM PC на МП 80386 и 80486 (32-разрядные), IBM PC на МП Pentium и Pentium Pro (64-разрядные).

         Широко известны персональные компьютеры, выпускаемые американскими фирмами Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC, а также фирмами Великобритании: Spectrum, Amstrad; Франции: Micral; Италии: Olivetty; Японии: Toshiba, Panasonic и Partner.

Наибольшей популярностью в  настоящее время пользуются персональные компьютеры клона (архитектуры определенного направления) IBM, первые модели которых появились в 1981г. Существенно им уступают по популярности персональные компьютеры иона DEC. (Digital Equipment Corporation), в частности широкоизвестные ПК Macintosh рнрмы Apple, занимающие по распространимости 2-е место.

            В начале 90-х гг. мировой парк компьютеров составлял примерно 150 млн. шт., из них около 90% — это персональные компьютеры, в частности профессиональных ПК типа IBM PC более 100 млн. шт. (около 75% всех ПК); профессиональных ПК типа DEC около 5 млн. шт.

            За рубежом самыми распространенными моделями компьютеров в настоящее время являются IBM PC с микропроцессорами Pentium и Pentium Pro.

        Отечественная промышленность (страны СНГ) выпускала DEC-совместимые (диалоговые вычислительные комплексы ДВК-1 — ДВК-4 на основе Электроники МС-1201, эктроники 85, Электроники 32 и др.) и IBM PC-совместимые ( ЕС1840 — ЕС1842, ЕС1845, ЕС1849, ЕС1861, Искра 1030, Искра 4816, Нейрон И9.66 и др.) компьютеры. Остальные типы отечественных ПК (Агат, Микроша, Спектр, Орбита, БК  и  др.) существенно  уступают по своим характеристикам вышеназванным. Причем если еще лет 8-10 назад мы актировались в основном на DEC-совместимые ПК, то сейчас подавляющее большинство отечественных персональных компьютеров собирается из импортных комплектующих относится к IBM PC-совместимым.                                                                         

         В таблице 2 представлены усредненные характеристики современных ПК IBM PC

                                                                                                                     Таблица 2.

                        Усредненные характеристики современных ПК IBM PC

 

Параметр	Тип микропроцессора
	80386'SX	80386 DX	80486 SX	80486 DX	Pentium	Pentium Pro
Тактовая частота, МГц	25-40	33-40	33-80	50 - 100	60-150	100-200
Разрядность, бит	32	32	32	32	64	64
Объем ОЗУ, Мбайт	1;2;4.	2; 4; 8	2; 4; 8	4; 6; 8	4; 8; 16	8; 16; 32
Объем КЭШ-памяти, Кбайт	Нет	64; 128	128; 256	256; 512	512;1024	512; 1024; 2048
Емкость НЖМД, Мбайт	210	420	540	850	1000	2000
Видеоадаптер VGA/SVGA, %	30/70	24/76	10/90	0/100	0/100	0/100
Наличие сопроцессора, %	45	67	80	100	100	100

 

 

          Персональные компьютеры можно классифицировать по ряду признаков. По поколениям персональные компьютеры делятся следующим образом:

ПК 1-го поколения — используют 8-битные микропроцессоры;

ПК 2-го поколения — используют 16-битные микропроцессоры;

ПК 3-го поколения — используют 32-битные микропроцессоры;

ПК 4-го поколения — используют 64-битные микропроцессоры.

          Классификация   ПК  по  конструктивным   особенностям   показана в приложении 1.

          К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

        Типовая модель суперЭВМ 2000 г., по прогнозу, будет иметь следующие характеристики:                                                                         

1.высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием примерно 100 000 MFLOPS;

2.емкость; оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1 — 10 Тбайт (1 Тбайт = 1000 Гбайт);

3.разрядность 64; 128 бит.

          Фирма Cray Research намерена к 2000 г. создать суперЭВМ производительностью 1 TFLOPS = 1 000 000 MFLOPS.

        Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

        Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:

1. магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data);
2. векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction Multiple Data);
3. матричные МПВС, в которых МП одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных — многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD —-Multiple Instruction Multiple Data)