Информационный центр "Центральный Дом Знаний"
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0
|
Классификация компьютеров и их системОглавление: Введение…………………………………………………………………3 1. Классификация по поколениям………………………………….4 1.1. Компьютеры первого поколения…………………………..4-5 1.2. Компьютеры второго поколения………..……………………5 1.3. Компьютеры третьего поколения………………………….5-6 1.4. Компьютеры четвертого поколения……..…………………..6 1.5. Компьютеры пятого поколения……………………………6-7 2. Классификация по условиям эксплуатации..………………...7-8 3. Классификация по производительности и характеру использования………………………………………………….8-11 4. Классификация вычислительной системы…….…………...11-12 4.1. Аппаратное обеспечение..……………………………....12-14 4.2. Программное обеспечение..…………………………….14-18 4.3. Понятие об информационном и математическом обеспечении вычислительных систем……………………….…18 Заключение….………………………………………………………….19 Практическая часть…………………………………………………20-29 Список литературы…..…………………………………………………30 Введение В своей работе я бы хотела рассмотреть различные классификации компьютерной техники: по этапам развития (по поколениям); по условиям эксплуатации; по производительности и характеру использования. А также произвести классификацию вычислительной системы компьютера. В практической части я закрепила свои знания по полученному курсу. Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов значительно изменяются. Также можно сказать и про вычислительные системы, так как постоянно появляются новые программное и аппаратное обеспечения и модифицируются старые. Тема моей курсовой работы является актуальной, так как она является теоретической основой информатики, без нее невозможно изучить компьютер. А как известно в наши дни не возможно обойтись без компьютера. Классификация компьютеров и их систем обеспечивает единую методическую базу для изучения информатики. 1. Классификация компьютеров по поколениям Деление компьютерной техники на поколения — на самом деле весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером. Идея классифицировать машины по поколениям вызвана тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию. 1.1. Компьютеры первого поколения К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х гг. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые мог приобрести только крупные корпорации и правительства. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие — порядка 10-20 тыс. операций в секунду. Но это только техническая сторона. Очень важна и другая — способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности их математического обеспечения. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным по времени. Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др. Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счетная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20. 1.2. Компьютеры второго поколения Второе поколение ЭВМ определяют по широкому внедрению вычислительных машин на основе транзисторов, заменивших электронные лампы. Хронологически это охватывает период с конца пятидесятых до середины шестидесятых годов. Полупроводниковые технологии позволили повысить надежность ЭВМ и значительно уменьшить их габариты. Появились мини-ЭВМ (PDP-1, PDP-5). В 1965 году был разработан первый отечественный легендарный суперкомпьютер БЭСМ-6 с производительностью 1 млн.операций/сек. Развитие отечественных ЭВМ осуществлялось на основе ряда моделей: «Минск-32», «Наири», «Урал». Корпорация IBМ разработала известную на весь мир систему IBM System 360. 1.3. Компьютеры третьего поколения С середины шестидесятых до середины семидесятых созданы и использовались ЭВМ третьего поколения на основе микросхем малой степени интеграции. Именно в это время был изобретен первый микропроцессор (1969г.), а в 1971 году появился четырехразрядный процессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на одном кристалле, с тактовой частотой 108 кГц и быстродействием около 60000 операций/сек. С этого момента и до настоящего времени Intel лидирует в области развития микропроцессорной техники. В этот период была разработана концепция RISC- процессора (Reduced Instruction Set Computer), однако распространение RISC- процессоры получили в 80-х годах. С начала семидесятых годов началось производство отечественных машин Единой Серии (ЕС ЭВМ), программно совместимых друг с другом. Габариты ЭВМ уменьшались, появилась возможность работы на ЭВМ с удаленных терминалов. В конце шестидесятых годов были созданы знаменитые мини-ЭВМ PDP-11 и серия машин ШМ System 370. 1.4. Компьютеры четвертого поколения Четвертое поколение ЭВМ приходится на период с середины семидесятых до середины восьмидесятых годов. Элементной базой ЭВМ служили большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные микросхемы. Появляются компьютеры на микропроцессорах. Кристалл i8088 (ЮМ) был использован в известном персональном компьютере ШМ PC (1981г.). Он имел 16-разрядный процессор с частотой 4.77МГц и быстродействием около 0,33 млн. операций/сек, ОЗУ до 640 Кбайт, накопитель на гибких магнитных дисках с форм-фактором 5.25 дюйма. В качестве операционной системы использовалась PC_DOC 1.0 (MS-DOS). Компьютер имел открытую архитектуру, что способствовало в дальнейшем появлению ШМ PC-совместимых компьютеров. Начинается массовое производство ПК. Одновременно разрабатываются и совершенствуются мощные многопроцессорные вычислительные системы. 1.5. Компьютеры пятого поколения Эпоха компьютеров пятого поколения началась с середины восьмидесятых годов. С этого времени имела место огромная миниатюризация элементной базы. Количественные изменения повлекли за собой качественные. Произошел резкий рост производительности компьютеров. Появляются 32- и 64-разрядные процессоры. Создаются компьютеры с десятками, а затем и сотнями параллельно работающих процессоров. Реализуется векторно-конвейерная структура обработки данных. Разрабатываются нейроподобные вычислительные системы. Наступил период широкомасштабного внедрения компьютерных сетей. Пятое поколение компьютеров ориентировано на интеллектуализацию информационных технологий, включая возможность самообучения, ассоциативную обработку информации, реализацию нейросетевых систем, обеспечение взаимодействия с компьютером на естественном языке пользователя и т.п. 2. Классификация по условиям эксплуатации По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два офисные (универсальные); специальные. Офисные компьютеры предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации. Специальные компьютеры служат для решения более узкого класса задач или даже одной задачи, требующей многократного решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации. Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать класс задач наиболее эффективно. Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах «скорой помощи», на ракетах, самолетах и вертолетах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в не отапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т. п. Существует много моделей таких компьютеров. Познакомимся с одной из них. Компьютер Ergotouch (Эрготач) исполнен в литом алюминиевом, полностью герметичном корпусе, который легко открывается для обслуживания. Стенки компьютера поглощают практически все электромагнитные излучения как внутри, так и снаружи. Машина оборудована экраном, чувствительным к прикосновениям. Компьютер можно, не выключая, мыть из шланга, дезинфицировать, дезактивировать, обезжиривать. Высочайшая надежность позволяет использовать его как средство управления и контроля технологическими процессами в реальном времени. Компьютер легко входит в локальную сеть предприятия. Важное направление в создании промышленных компьютеров — разработка операторского интерфейса — пультов управления, дисплеев, клавиатур и указательных устройств во всевозможных исполнениях. От этих изделий напрямую зависит комфортность и результативность труда операторов. 3. Классификация по производительности и характеру использования По производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на: микрокомпьютеры, в том числе персональные компьютеры; мини-компьютеры; мэйнфреймы (универсальные компьютеры); суперкомпьютеры. Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. Современные модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и емкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством Конструктивных решений и др. Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 — 10 млн. операций в секунду. Персональные компьютеры (ПК) - это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. В класс персональных компьютеров входят различные машины - от дешевых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем емкостью в десятки гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами. Персональный компьютер имеет следующие характеристики: стоимость от нескольких сотен до 5—10 тыс. долларов; наличие внешних ЗУ на магнитных дисках; объем оперативной памяти не менее 4 Мбайт; наличие операционной системы; способность работать с программами на языках высокого уровня; ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях). Мини-компьютерами и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке, т. е. занимающие объем порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам. Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200-300 рабочих мест. Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5-6 раз дешевле, чем распределенная обработка при клиент-серверном подходе. Известный мэйнфрейм S/390 фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объем оперативного хранения достигает 342 Тбайт. Производительность его процессоров, пропускная способность каналов, объем оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих мест в диапазоне от 20 до 200 000 с помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей. Десятки мэйнфреймов могут работать совместно под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи. Суперкомпьютеры - это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлоп (1 мегафлоп - миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края(High end). Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Наиболее распространенные суперкомпьютеры - массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованную систему памяти. Суперкомпьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т. д. Элементная база — микросхемы сверхвысокой степени интеграции. Типы портативных компьютеров. Портативные компьютеры обычно нужны руководителям предприятий, менеджерам, ученым, журналистам, которым приходится работать вне офиса — на презентациях или во время командировок. Микрокомпьютер, настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Микрокомпьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры — палмтопы. Основными признаками микрокомпьютеров являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей. 4. Состав вычислительной системы Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала. 4.1. Аппаратное обеспечение К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков. По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами. Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл. Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с). Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная способность их меньше и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол). Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что то же самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер. Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер). 4.2. Программное обеспечение Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является, по меньшей мере, условным. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию (рис.1). Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение. Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами. Системный уровень. Системный уровень - переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции. От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств — они входят в состав программного обеспечения системного уровня. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте. Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Полное понятие операционной системы мы рассмотрим несколько позже, а здесь только отметим, что если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра операционной системы — непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой. Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций. В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.(......) |
Loading
|
Скачать работу "Классификация компьютеров и их систем"