1.4.3. Миникомьютеры и микрокомпьютеры

Миникомпьютеры появились и стали развиваться в тех областях применения (например, управлении технологическими и производственными процессами, малые расчетные инженерные задачи, сетевые серверы и т.д.), где большие ЭВМ слишком дороги. Первые модели миникомпьютеров имели меньшую длину слова и меньший набор команд, чем у больших ЭВМ. Это давало возможность обеспечить, особенно для обработки данных в реальном масштабе времени, более высокое быстродействие по сравнению с большими ЭВМ.

К настоящему времени миникомпьютеры, особенно в локальных сетях, практически полностью вытеснены микрокомпьютерами.

По мере развития микроэлектронной техники и технологии появились большие и сверхбольшие интегральные микросхемы, на первых порах являвшиеся сильно упрощенным вариантом процессора больших ЭВМ и миникомпьютеров (именно поэтому их назвали микропроцессорами).

На основе микропроцессоров были созданы микрокомпьютеры – компьютеры небольших размеров и малой потребляемой мощности электроэнергии. Однако, в связи со своими ограниченными возможностями по быстродействию, а также низкоскоростным интерфейсом с внешними устройствами, они реально могли работать только в однопрограммном и однопользовательском режиме и поэтому были названы персональными компьютерами (ПК).

Уникально малые размеры микропроцессоров, их низкая стоимость и высокая надежность дают возможность создания на основе этих устройств не только микрокомпьютеров, но и разнообразных контролирующих, управляющих и обрабатывающих информацию устройств (микроконтроллеров), непосредственно встраиваемых в приборы, машины, оборудование и технологические процессы. Шинно-модульная структура микропроцессоров и микрокомпьютеров облегчает построение разнообразных управляющих и обрабатывающих данные устройств и систем.

1.4.4. Типы микрокомпьютеров

Развитие микропроцессоров (рассмотренное ранее на примере микропроцессоров фирмы Intel) привело к тому, что по разрядности, быстродействию и набору команд микропроцессоры стали приближаться, а в ряде случаев и превышать характеристики процессоров больших ЭВМ и миникомпьютеров. В них появились те же возможности, что и в процессорах больших ЭВМ и миникомпьютеров (возможность многопрограммной работы, использования виртуальной памяти, организации многопроцессорных комплексов). Скорость обмена с внешними устройствами и максимально допустимое количество подключаемых внешних устройств резко увеличилось за счет использования новых стандартов системных шин и стандартов интерфейсов с внешними устройствами. (EIDE, SCSI).

Поэтому сейчас микрокомпьютеры все больше проникают в те сферы использования, которые раньше были заняты исключительно большими ЭВМ и миникомпьютерами и постепенно их вытесняют. Практически все вновь создаваемые системы обработки информации, а также большинство модифицируемых систем реализуются на базе микрокомпьютеров. Поскольку быстродействующие микрокомпьютеры уже не являются по своим возможностям персональными компьютерами, для таких микрокомпьютеров используется термин сервер. Этот термин отражает главную (но единственную) область использования мощных микрокомпьютеров – в качестве серверов различного назначения (файловых серверов, серверов приложений, серверов удаленного доступа и т.д.) в локальных сетях.

Конфигурации серверов могут существенно отличаться, в зависимости от состава решаемых задач и интенсивности их использования, однако можно выделить следующие отличительные особенности этого класса микрокомпьютеров:

• мощные CISC и RISC-процессоры (Pentium фирмы Intel, PowerPC Motorola, Sparc фирмы Sun, R4400, R6000 и R8000 фирмы MIPS и др.);

• высокоскоростная шина (в IBM-совместимых процессорах – PCI или AGP);

• интерфейс SCSI, SCSI-2 или Fast SCSI;

• большое количество плат расширения;

• большие объемы оперативной и кэш-памяти (соответственно 32-256 Мбайт и 1-4 Мбайта);

• внешняя память большого объема (до тысяч Гигабайт), реализованная на внутренних и внешних устройствах (магнитных, магнитооптических, оптических жестких дисках и CD-ROM) большой емкости;

• наличие стримера для резервирования информации, содержащейся на устройствах внешней памяти;

• подключение к сети через непрерываемые источники питания (UPS);

• использование одной из операционных систем семейства UNIX (SCO UNIX, UNIX BSDI, Solaris, AIX и др.) или сетевых операционных систем NetWare или Windows NT/XP.

Кроме того, серверы обычно имеют некоторые конструктивные особенности, направленные на повышение надежности и живучести этого типа компьютеров, причем с повышением надежности и живучести существенно увеличивается и стоимость компьютера.

Наиболее распространенными мерами по обеспечению сохранности данных на внешних носителях являются (помимо резервирования с помощью стримера): технология «зеркальной» записи данных (рис.2.53а), дублирование записи данных на носители (рис. 2.53б) и использование технологии RAID.

В технологии «зеркальной» записи данных два устройства внешней памяти (жесткие диски) подключаются к шине через общий контроллер. Информация записывается на оба диска: основной и резервный (таким образом, содержимое обоих дисков все время остается идентичным), а читается с одного из дисков. При сбоях или выходе из строя основного диска, операции чтения и записи автоматически перенаправляются на резервный диск.

Дублирование записи данных на носители аналогично технологии «зеркальной» записи данный, однако каждый из дисководов подключен к шине через свой контроллер, что позволяет исключить возможность выхода из строя контроллера.

Технология RAID (Redundant Arrays Information Distribution – распределение информации по избыточным массивам) позволяет повысить надежность хранение информации на ненадежных устройствах внешней памяти, за счет использования контрольных сумм и дублирования записи информации. Технология дает возможность выбрать один из восьми уровней защиты данных (от RAID0 до RAID7), с ростом уровня степень защиты данных увеличивается, однако растет и требуемый для хранения объем памяти, а также уменьшатся скорость доступа к данным.

Помимо указанных мер, в серверах также используются средства повышения надежности и живучести, позаимствованные у суперкомпьютеров. Это многократное резервирование не только внешней памяти, но и других компонент компьютера (процессора, оперативной памяти и т.д.), а также возможность замены отказавшего оборудования без прекращения работы компьютера.

Все остальные микрокомпьютеры обычно называют персональными компьютерами, хотя современные программные средства, в частности операционные системы семейств Windows и UNIX позволяют обеспечить многопользовательский режим работы, а аппаратные средства современных микрокомпьютеров, а также быстродействие процессора и портов ввода-вывода позволяют подключать к компьютеру дополнительные терминалы, т.е. создавать многотерминальные комплексы.

Наиболее распространенным типом персональных компьютеров являются настольные (desktop) ПК, структура, характеристики и компоненты которых подробно рассмотрены в предыдущих разделах. Среди настольных ПК иногда выделяют рабочие станции – компьютеры пользователей локальных сетей. Эти компьютеры обычно имеют мощные процессоры, большой объем оперативной памяти, контроллеры и мониторы SVGA (или аналогичные им). При решении задач с интенсивным использованием графики (например, в системах автоматизированного проектирования), используются мониторы больших размеров и графические ускорители. В последнее время стали появляться мультимедийные рабочие станции, оснащаемые дополнительно аудио и видеосистемами, микрофонами, динамиками и/или наушниками и (при необходимости) телекамерой.

Остальные персональные компьютеры можно объединить под общим названием портативные компьютеры.

Исторически первыми типами портативных компьютеров были миниатюрные настольные компьютеры с уменьшенными размерами монитора, системной платы и клавиатуры, а также наколенные (laptop) компьютеры, или компьютеры-чемоданчики. Они имели размеры чемодана-дипломата и весили 5-10 кг. В настоящее время эти типы компьютеров практически не производятся. Их место заняли другие типы компьютеров:

• блокнотные (notebook) компьютеры – обычно имеют размер стандартного листа бумаги А4 - 210х297 мм, иногда чуть больше, толщину 2-5 см и вес 2-4 кг;

• субблокнотные (subnotebook) компьютеры – имеют размер в полтора-два раза меньше блокнотных, вес около 1,5 кг;

• карманные (pocket или palmtop) компьютеры помещаются в карман и имеют вес около 500 г.

В настоящее время блокнотные и субблокнотные компьютеры имеют практически такие же возможности, что и настольные модели, за следующими исключениями:

• у них значительно меньшие возможности расширения;

• в них нет дисководов для дискет размером 5,25 дюйма, а в субблокнотных компьютерах нет никаких дисководов для дискет;

• они имеют мониторы меньшего размера (обычно 9,5-11 дюймов, т.е. 24-27 см) и худшего качества (по крайней мере, в настоящее время), а разрешение обычно не выше VGA (640х480 точек);

• клавиатура портативного компьютера меньше, чем у обычного, и не так удобна, как у настольного компьютера;

• емкость жесткого диска в таких компьютерах пока что не превышает 340 Мбайт (типичная же емкость – 100-120 Мбайт).

Следует также отметить, что портативные компьютеры стоят в полтора-два раза (а иногда и более) дороже аналогичных обычных компьютеров, хотя их стоимость также, как и настольных компьютеров, постепенно снижается.

Карманные компьютеры играют роль «электронной записной книжки» или «карманного секретаря». Большинство из них несовместимо с настольными компьютерами типа IBM PC, но наиболее серьезные модели обладают приблизительно такими же возможностями, как IBM PC ХТ, хотя их клавиатура гораздо менее удобна, а экран совсем маленький. Однако в последнее время для этих типов компьютеров появилась специальная версия Windows – Windows CE, а также версии редактора Word и программы обработки электронных таблиц Excel, что позволяет использовать в карманных компьютерах те же программные средства, что и в настольных компьютерах.

Главное преимущество портативных компьютеров перед обычными – это их компактность, а также возможность автономной работы без источников питания (на аккумуляторах). Наличие аккумуляторов также делает портативные компьютеры устойчивыми к перепадам питания, т.к. аккумуляторы фактически представляют собой встроенный UPS (непрерываемый источник питания). Существенно расширяет возможности по подключению к компьютерам внешних устройств (главным образом дисководов жестких дисков, модемов и адаптеров локальных сетей) использование разъемов стандарта PC Card (старое название PCMCIA), рассматриваемого в следующем разделе.

Дисплеи портативных компьютеров реализованы на жидких кристаллах (используемых также в электронных цифровых часах) и бывают, как и обычные дисплеи, монохромными или цветными. Цветные дисплеи портативных компьютеров бывают как с пассивной матрицей (без подсветки пикселей), так и с активной. Цветные экраны с пассивной матрицей обеспечивают менее яркое изображение, чем дисплеи с активной матрицей, но зато стоят дешевле. По мере снижения общей стоимости портативных компьютеров цветные дисплеи с активной матрицей начинают вытеснять монохромные дисплеи и дисплеи с пассивной матрицей.