2.4. Классификация современных компьютерных систем
Любое устройство, способное хранить и/или обрабатывать данные будем называть информационным устройством. Основной вид информационных устройств – это, безусловно, компьютеры. Но, например, принтер, маршрутизатор, хаб, сотовый телефон, цифровой фотоаппарат или стиральная машина с программным управлением также являются информационными устройствами.
Любую систему, состоящую из связанных между собой информационных устройств и включающую хотя бы один компьютер, будем называть компьютерной системой.
Основными техническими характеристиками компьютера являются его быстродействие и объем оперативной памяти. Также очень важной характеристикой является объем постоянной внешней памяти.
Объем памяти, как мы выяснили, измеряется в единицах, производных от байта (МБ, ГБ, ТБ). Быстродействие же определяется количеством элементарных операций, совершаемых компьютером в единицу времени. При этом рассматриваются наиболее трудоемкие элементарные операции, так называемые операции с плавающей точкой, - сложение или умножение чисел, имеющих дробную часть. Для характеристики быстродействия используются специальные единицы – мегафлоп (МФлп – миллион операций с плавающей точкой в секунду), гигафлоп (ГФлп – миллиард операций с плавающей точкой в секунду), терафлоп (ТФлп – триллион операций с плавающей точкой в секунду). Например, быстродействие 10 ТФлп означает, что компьютер способен сложить или перемножить 10 триллионов пар нецелых чисел за одну секунду.
Можно, конечно, проводить классификацию компьютерной техники по основным техническим характеристикам, но, из-за того, что технологии производства компьютеров развиваются с очень большой скоростью, такая классификация очень быстро устаревает. Поэтому, положим в основу классификации такие нетехнические характеристики как назначение, условия эксплуатации, характер использования и стоимость.
С точки зрения назначения и условий эксплуатации компьютерные системы можно разделить на 2 больших класса
универсальные;
специальные.
Специальные компьютеры и компьютерные системы служат для решения конкретного узкого класса задач или даже одной задачи. Многие из них функционируют в особых условиях эксплуатации. Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах (бортовые компьютеры), вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п. Проводить классификацию более подробную классификацию специальных компьютерных систем мы не будем.
Универсальные компьютеры предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации. Типичным примером универсального компьютера является настольный персональный компьютер (ПК), с которым мы будем подробно знакомиться. Рассмотрим классификацию универсальных компьютеров на основе характера использования и стоимости. С этой точки зрения можно выделить 3 класса универсальных компьютеров.
Суперкомпьютеры – это компьютеры максимальной вычислительной мощности стоимостью от нескольких сотен тысяч долларов до десятков миллионов долларов, предназначенные для решения эксклюзивных задач, например, моделирования и расчета сложных технических устройств, научных исследований, управления сверхбольшими базами данных, моделирования и прогноза погоды, сложного видеомонтажа и т.д. Практически все суперкомпьютеры – это многопроцессорные системы, включающие от нескольких десятков до сотен тысяч процессоров. На сегодняшний день (март 2006г.) наибольшее количество процессоров – 130 тыс. имеет суперкомпьютер Blue Gene/L фирмы IBM. Он же является и рекордсменом по быстродействию (около 300 ТФлп). Список из 500 наиболее быстродействующих компьютеров можно найти в Интернете по адресу http://www.top500.org. Суперкомпьютеры можно разделить на несколько типов.
Мэйнфреймы – большие машины, обладающие очень высокой надежностью и устойчивостью работы в многопользовательском режиме. Типичными представителями мэйнфреймов являются, машины, выпускающиеся фирмой IBM на протяжении 40 лет - IBM S/360, IBM S/390, z Series. Последний из этой линейки – компьютер z9 заявлен к выпуску весной 2006г. Количество процессоров в мэйнфреймах, как правило, не превосходит нескольких десятков. Мэйнфреймы используются в качестве многопользовательских станций, мощных и высокоэффективных серверов, или мощных вычислительных станций для решения сложных научных и технических задач. Иногда майнфреймы не относят к суперкомпьютерам, выделяя в отдельный класс. Стоимость майнфреймов колеблется от ста тысяч до 1-2 миллионов долларов.
Кластерные системы – это системы, состоящие из большого количества автономных блоков. Каждый блок кластерной системы имеет процессор, оперативную память, систему ввода и вывода данных и является, по сути, отдельным компьютером. Быстродействие кластерной системы обеспечивается за счет параллельной работы всех блоков. Кластерные системы – наиболее простой и гибкий способ построения мощных компьютерных систем из готовых стандартных узлов. По этой технологии можно построить суперкомпьютер, соединив несколько сотен стандартных узлов ПК высокопроизводительными шинами.
Распределенные многопроцессорные системы – наиболее эффективный способ построения суперкомпьютера. Как и в кластерной системе, большое количество блоков, каждый из которых включает процессор и оперативную память, соединяются между собой с целью параллельной работы. Отличие от кластерной системы заключается в том, что блоки неоднородны и неравноправны, а связи между ними построены по сложной структурной схеме. Можно сказать, что отдельные процессоры и блоки памяти такой системы являются элементами построенного из них огромного суперпроцессора, способного совершать одновременно очень много операций. Именно по такой схеме построен рекордсмен быстродействия – суперкомпьютер Blue Gene/L
Средние компьютеры – это компьютеры стоимостью обычно в десятки тысяч долларов. Границы стоимостного диапазона средних компьютеров – от нескольких тысяч долларов до 100-200 тысяч. Большинство компьютеров этого класса используются как сетевые или файловые серверы в компьютерных сетях. Например, Web-серверы, на которых размещена информация в Интернете, – это в большинстве именно такие машины. Средние компьютеры также используются в качестве мощных графических станций, систем оцифровки звуковой и видеоинформации, систем видеомонтажа, а также в составе вычислительных комплексов для проведения научных и технических расчетов. Средние компьютеры, как правило, также являются многопроцессорными системами с количеством процессоров от 2-х до нескольких десятков.
Персональные компьютеры (ПК). Это наиболее массовый тип компьютеров стоимостью от 1-2 сотен долларов до нескольких тысяч долларов. В большинстве своем персональные компьютеры однопроцессорные, но есть и двухпроцессорные. Персональные компьютеры можно разделить на 3 класса.
Настольный компьютер (desktop). Это основной тип ПК, наиболее интересный и актуальный для массового пользователя. Именно устройство настольного ПК мы далее будем подробно изучать.
Переносной компьютер (notebook, ноутбук) значительно меньше настольного ПК по массе и размерам, имеет автономный источник питания и может всегда находиться при владельце. Вычислительная мощность ноутбука, как правило, ниже, чем у настольного ПК, а стоимость – существенно выше, чем у настольного ПК с близкими характеристиками.
Карманные компьютеры (КПК) – это самый молодой, но очень быстро развивающийся класс компьютеров стоимостью не более 1 тыс. долларов. Вычислительные ресурсы этих компьютеров невелики, но этот недостаток компенсируется возможностями Интернет-связи: при помощи КПК можно управлять любым другим компьютером, используя его ресурсы. По-видимому, в недалеком будущем КПК возьмут на себя функции сотовых телефонов и превратятся в универсальное мобильное средство связи, получения и обработки информации. После широкого распространения электронных денег КПК превратятся и в универсальное средство для платежей и управления финансами.