КУРС « ОО ПК и сетей » Лекция ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭВМ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 1 Классификация по принципу действия и формы представления р д информации ф р ц ЭВМ ((компьютеры)) Аналоговые 29.11.2012 Цифровые Классификация ЭВМ и тенденции развития Гибридные 2 Аналоговые компьютеры 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 3 Цифровые компьютеры 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 4 Классификация ЭВМ по этапам создания и используемой элементной базе • • • • 1-е поколение, 50-е гг.: (электронные вакуумные лампы); 2-ее поколение, 2 поколение 60 60-ее гг.: гг : (транзисторы); 3-е поколение, 70-е гг.: (интегральные схемы); 4-ее поколение, 4 поколение 80 80-ее гг.: гг : (большие и сверхбольшие ИС — микропроцессоры); • 5 5-ее поколение, 90 90-ее гг.: (параллельно работающие микропроцессоры с параллельно-векторной структурой, одновременного выполнения десятки последовательных команд программы, системы обработки знаний); • 6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной й й структурой. й 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 5 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 6 Классификация ЭВМ по этапам создания и используемой элементной базе • • • • • • 1-е поколение, 50-е гг. 2-е поколение, 60-е гг. 3 е поколение, 3-е поколение 70-е 70 е гг. гг 4-е поколение, 80-е гг.: 5-е поколение, 90-е гг. 6 и последующие поколения. 6-е 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития Производительность и емкость ЗУ 7 Классификация ф по назначению Компьютеры Универсальные Проблемно ориентированные Проблемно-ориентированные Специализированные 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 8 Классификация по размерам и функциональным возможностям ЭВМ Большие ЭВМ Малые ЭВМ Сверхбольшие (супер ЭВМ) Сверхмалые (микро ЭВМ) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 9 Функциональные у возможности 9 быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, р ц , выполняемых машиной за единицу времени; 9 разрядность и формы представления чисел; 9 номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств; 9 номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации; 9 типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинный Классификация интерфейс); 29.11.2012 ЭВМ и 10 тенденции развития Функциональные у возможности 9 многопользовательский режим и многопрограммность; 9 типы и технико-эксплуатационные технико эксплуатационные характеристики операционных систем; 9 наличие и ф функциональные возможности программного обеспечения; 9 программная совместимость с другими типами ЭВМ; ру ур машинных команд; д; 9 система и структура 9 возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети; 9 эксплуатационная надежность ЭВМ; 9 коэффициент фф полезного использования. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 11 • Рассмотрим современное состояние р классов машин некоторых 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 12 БОЛЬШИЕ ЭВМ Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К ним относят, р , компьютеры, р , имеющие: щ как правило, 9производительность не менее 10 MIPS; 9 основную память емкостью от 256 до 10000 Мбайт; 9внешнюю память не менее 100 Гбайт; 9 9многопользовательский й режим работы б (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей). Классификация ЭВМ и 29.11.2012 13 тенденции развития БОЛЬШИЕ ЭВМ Основные О направления эффективного фф применения мэйнфреймов: • решение научно-технических задач в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, • работа с большими базами данных, • управление вычислительными сетями и их ресурсами (использование мэйнфреймов в качестве больших серверов). серверов) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 14 БОЛЬШИЕ ЭВМ Родоначальник современных больших ЭВМ фирма IBM (модели IBM 360, 370, 380, IBM 390 IBM 4300 и IBM ES/9000). 390, ES/9000) Японские компьютеры семейства М 1800 фирмы Fujitsu. Отечественная система больших машин серии ЕС ЭВМ (ЕС 1068, ЕС 1087, ЕС 1130, ЕС 1170 (4-процессорный (4 й вариант, 20 MIPS и 128 Мбайт ОЗУ). 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 15 БОЛЬШИЕ ЭВМ ((в начале)) 29.11.2012 Первый опытный экземпляр машины «Сатунь» Классификация ЭВМ и тенденции развития 16 БОЛЬШИЕ ЭВМ ((в начале)) Первый «шкаф» ф для ввода операндов, второй для команд 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 17 БОЛЬШИЕ ЭВМ ((в начале)) Промышленный экземпляр «Сатунь-70» 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 18 БОЛЬШИЕ ЭВМ Рейтинг мэйнфреймов, учитывает: 9 надежность; 9 производительность; 9 емкость основной и внешней памяти; 9 время обращения к основной памяти; 9 время доступа и трансфер внешних запоминающих устройств; 9 характеристики КЭШ КЭШ-памяти; памяти; 9 количество каналов и эффективность системы ввода-вывода; 9 аппаратную и программную совместимость с другими ЭВМ; 9 поддержку сети. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 19 МАЛЫЕ ЭВМ Малые ЭВМ (или мини-ЭВМ) — надежные, недорогие и удобные б в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями: • производительность — до 100 MIPS; • емкость основной памяти — 4-2000 Мбайт; • емкость дисковой памяти — 2 2-100 100 Гбайт; • число поддерживаемых пользователей — 16512. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и 20 тенденции развития МАЛЫЕ ЭВМ Достоинства мини-ЭВМ: специфичная р ур с большой модульностью, ду , лучшее у архитектура соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений. вычислений 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 21 МАЛЫЕ ЭВМ • • • • • Мини-ЭВМ ориентированы на: использование в качестве управляющих в вычислительных комплексах с изменяемой структурой й и номенклатурой й периферийных ф й устройств с межпроцессорной связью, использование для управления технологическими процессами, вычислений в многопользовательских системах, системы автоматизированного проектирования, системы моделирования несложных объектов, системы искусственного интеллекта. интеллекта 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 22 МАЛЫЕ ЭВМ Родоначальник современных р мини-ЭВМ компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor программно-управляемый программно управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation) Модели PDP-11 Corporation). PDP 11 от VAX-11 VAX 11 до VAX-3600; мощные мини-ЭВМ (VAX-8250, 8820); супермини-ЭВМ (VAX-9410, 9430). Отечественных мини мини-ЭВМ ЭВМ — Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1, 2, 3, 4, 1400, 1700 1700. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 23 А в начале были такими! • В настоящий й момент Мини-ЭВМ М ЭВМ полностью перекрываются в диапазоне характеристик подкласса компьютеров супер-мини су ер с мэйнфреймами э фре и сстирают р ю между ними грань! 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 24 СУПЕР ЭВМ Мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием 100 млн. - 10 млрд. операций в секунду. Типовая суперЭВМ в будущем будет иметь следующие характеристики: • высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием р д примерно 100 000 MFLOPS и более; Гбайт дисковой • емкость оперативной памяти 10 Гбайт, памяти 1-10 Тбайт; • разрядность 128 бит и более. более 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 25 СУПЕР ЭВМ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 26 СУПЕР ЭВМ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 27 СУПЕРЭВМ • Проблема ограничения быстродействия одного микропроцессора. 1 l =τ = ν c CPU L~5 мм 11 с или ν=62,5 τ=1,6 1 6.10-11 62 5 млн. операц. в сек 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 28 СУПЕРЭВМ • Поэтому у суперЭВМ у р создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС). (МПВС) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 29 Однопроцессорная система (SISD — Single Si l Instruction I t ti Single Data) • Один поток команд - один поток данных 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 30 СУПЕРЭВМ Разновидности МПВС: • магистральные (конвейерные), в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data); 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 31 Магистральные (конвейерные) МПВС 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 32 СУПЕРЭВМ Разновидности МПВС: • векторные, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction M lti l Data); Multiple D t ) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 33 Векторные МПВС 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 34 СУПЕРЭВМ Разновидности МПВС: • матричные, в которых МП одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных — многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD — Multiple M lti l Instruction Multiple Data). 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 35 Матричные МПВС 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 36 СУПЕРЭВМ В суперЭВМ используются также структуры MIMD в модифицированных ф вариантах: • параллельно параллельно-конвейерная конвейерная модификация, иначе, MMISD, т.е. многопроцессорная (Multiple) MISD-архитектура; MISD архитектура; • параллельно-векторная модификация, иначе, MSIMD, т.е. многопроцессорная р ур SIMD-архитектура. НАИБОЛЬШАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 37 СУПЕРЭВМ а). Однопроцессорная, б). Конвейрная, в). ) В Векторная, г). ) Матричная М системы 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 38 СУПЕРЭВМ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 39 СУПЕРЭВМ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 40 СУПЕРЭВМ 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 41 Пример многопроцессорной архитектуры ПК с общей памятью 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 42 Главная характеристика многопроцессорной системы – производительность Главной отличительной особенностью многопроцессорной вычислительной системы является ее производительность, т.е. количество операций, производимых системой за единицу времени. Различают два типа производительности: Пиковую (число процессоров умножить на производительность одного)) Реальную (по системе тестов) Пиковую производительность оценивают в число команд, выполняемых компьютером за единицу времени. р Единицей д ц измерения, р , как правило, р , является MIPS (Million Instructions Per Second) (Floating point operations per second) – число операций с плавающей точкой, точкой производимых компьютером за одну секунду. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и 43 тенденции развития Наиболее важные факторы, влияющие на производительность с точки зрения производительность, аппаратных ограничений структура ру ур иерархической р р организации р многоуровневой памяти пропускная способность коммуникационных каналов. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 44 Пример многоядерной архитектуры ПК с общей памятью Intel® Core™ Duo Processor FP Unit FP Unit EXE Core EXE Core L1 Cache L1 Cache Узкое место L2 Cache System Bus (667MH 5333MB/ (667MHz, 5333MB/s)) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 45 Сравнение характеристик различных классов памяти Класс памяти Доступ в наносекундах Объем в килобайтах Кэш процессора 3 Кэш 2 2-ого ого уровня 30 Основная память 300 Дисковая ((вторичная память)) 30 000 000 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 32 4096 500 000 10 000 000 46 Структуры ру ур с общей щ памятью 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 47 МИКРО ЭВМ МикроЭВМ (или Персональный компьютер) удовлетворяет требования общедоступности универсальности р применения: р иу • малая стоимость, доступность для обывателя; • автономность эксплуатации; • гибкость архитектуры, ее адаптивность; • "дружественность" ОС и прочего ПО; • высокую надежность работы и наработки на отказ. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 48 Персональный р компьютер р 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 49 Персональный компьютер • Среди мировых следует отметить широко распространенные компьютеры фирмы IBM (или IBM совместимые). совместимые) • Известны ПК, выпускаемые фирмами: Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard,, Dell,, DEC,, а также фирмами Spectrum, Amstrad; Micaral; Olivetty; Toshiba, Toshiba Panasonic и Partner. Partner 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 50 Персональный компьютер Отечественная промышленность выпускала • DEC-совместимые ПК (диалоговые вычислительные комплексы ДВК-1-4 ДВК 1 4 на основе Электроники МС-1201, Электроники 85, Электроники 32 и др.) 1840-1842, ЕС • IBM PC-совместимые (ЕС 1840-1842 1845, ЕС 1849, ЕС 1861, Искра 1030, Искра 4816 Нейрон 4816, Н й И966 и др.). ) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 51 Персональный компьютер Параметр Тактовая частота, МГц Разрядность, бит Объем ОЗУ, Мб Об Объем КЭШ КЭШпамяти, Кб Емкость HDD, Мб Видеоадаптер VGA/SVGA, % Наличие сопроцессора, % 29.11.2012 80386 SX 80386 DX Тип микропроцессора 80486 80486 Pentium SX DX Pentium Pro 25-40 33-40 33-80 100-200 32 1;2;4 Н Нет 32 2; 4; 8 64 128 64; 32 32 2; 4; 8 4; 6; 8 128 256 256;512 128; 256 512 210 30/ 0 30/70 420 24/ 6 24/76 540 10/90 850 0/100 64 64 4; 8; 16 8;16;32 512 1024 512; 512; 512 1024 1024; 2048 1000 2000 0/100 0/100 45 67 80 100 100 Классификация ЭВМ и тенденции развития 50-100 60-150 100 52 Персональный р компьютер р 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 53 Персональный компьютер Классификация ПК по конструктивным особенностям б 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 54 Красавец р ц 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 55 Персональный компьютер Сравнительные характеристики переносных компьютеров Параметр Nomadic Lap Top Note Book Palm Top PDA Процес- Pentium, сор RISC Масса, кг До 1,5 Pentium Pentium 5-10 До 1,5 Габари- 40х30х20 35х25х10 25х15х6 ты см ты, ОЗУ/ПЗУ, До 64 До 64 До 12 Мбайт HDD, Гб 2 1 0,5 Flash, Мбайт - 29.11.2012 - 20 Casio, NEC До 0,3 ARM, NEC 0,25-0,5 Organizer До 0,2 15х8х2,5 20х10х3 15х8х2,5 2/4 2/4 0,5 - - - 20 10 10 Классификация ЭВМ и тенденции развития 56 Персональный компьютер Параметр Nomadic Lap Top Note Book Palm Top PDA Organizer CD-ROM Д Да Да Д Да Д Нет Нет Нет ДиагоДо 50 наль экрана, см Разреше- 1024х760 ние, более Клавиа- Стантура ур (тип) ( )д дартная р До 40 До 26 До 10 До 25 До 10 640х480 800х600 640х480 640х480 320х200 Портативная ПортаПортативная и тивная перо Трекр пойнт, трекпад Трекр пойнт, трекпад Манипуу Мышь,, лятор трекбол 29.11.2012 СтанПортадартная д р и тивная укороченная Трекбол, р , Трекбол, р , тректрекпойнт, пойнт, трекпад трекпад Классификация ЭВМ и тенденции развития Трекр пойнт, трекпад 57 Персональный компьютер NoteBook 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 58 Персональный компьютер 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 59 Персональный компьютер 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 60 Персональный компьютер О Органайзеры й Смартфон р ф 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития Laptop 61 Персональный компьютер Чемодан типа «Nomadik» dik («Кочевник») ( ) PDA 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 62 Персональный компьютер Группа PalmTop-ов («наладонников») 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 63 Персональный компьютер Еще один Смартфон и органайзер й 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 64 Персональный компьютер и бытовая электроника 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 65 Персональный компьютер и бытовая электроника 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 66 Тенденции развития вычислительных систем • Представление и совершенствование технологии использования компьютеров дано в следующей таблице. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 67 Параметр Тенденции развития вычислительных систем 50-е гг. Цель ис- Научнопользова- технипользова техни ния ЭВМ ческие расчеты Этапы развития компьютеров 60-е гг. 70-е гг. 80-е гг. 90-е гг. Техниче- Управле- Управле- Телекоммуникаские и ние и эко эко- ние; препре ции информаци ции, информацидоставле- онное обслужиэкономи- номические рас- ние инвание и управческие расчеты четы формации ление Режим ра- Однопро- Пакетная Разделе- Персоботы ЭВМ граммный обработка ние време- нальная ни работа Интегра- Низкая И Н ция данных 29.11.2012 С Средняя В Высокая Классификация ЭВМ и тенденции развития Сетевая обработка Очень вы- Сверхвысокая О С сокая 68 Тенденции развития вычислительных систем Параметр 50 е гг. 50-е гг Машинный зал Этапы развития компьютеров 60-ее гг. 60 гг 70-ее гг. 70 гг 80-ее гг. 80 гг 90-ее гг. 90 гг Отдельное ТермиРабочий Произвольное помеще- нальный стол мобильное ние зал Расположение пользователя Тип поль- Инжене- ПрофесПрограмзователя ры про ры-просиональ сиональмисты мистыграммисты ные про- пользоваграммисты тели Тип лога Пользова- Слабообученные тели с об об- пользователи щей компьютерной подготовкой диа- Работа за Обмен Интерак- Интерак- Интерактивный пультом перфоноф тивный й й по экранный й типа тивный ЭВМ сителями и (через кла- жесткому "вопрос- ответ" машино- виатуру и меню граммами экран) 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 69 • Г Главная тенденция - переход от отдельных ЭВМ к вычислительным системам и вычислительным сетям, ориентируются не сстолько о о на вычислительную с е ую обр обработку бо у информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций ф й и информационноф справочные системы. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 70 Информационная среда в обществе ближайшего будущего 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 71 Internet • Э Электронные книги и библиотеки б б • Электронная р почта • Электронные магазины и т.д. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 72 Разработки собственно ЭВМ • П Приоритет в сторону сверхмощных компьютеров — суперЭВМ • Миниатюрные и сверхминиатюрные ПК • ЭВМ 6-го 6 поколения, базирующихся б на распределенной нейронной архитектуре — нейрокомпьютерах и специализированных сетевых МП — транспьютерах. р р 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 73 Ближайшие прогнозы: р • микропроцессоры с быстродействием 1000 MIPS и встроенной памятью 16 Мбайт; б • плоские (3 (3-5 5 мм) крупноформатные дисплеи с разрешающей способностью 3000 пикселей и более; • портативные, размером со спичечный коробок, магнитные диски емкостью более р диски сделают д д 1000 Гбайт. Терабайтные практически ненужным стирание старой информации информации. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 74 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 75 Сетевые коммуникации: у ц • Повсеместное использование у широкополосных р радио-, р , мультиканальных волоконно-оптических каналов (информационных магистралей) обмена информацией между компьютерами обеспечит б практически неограниченную пропускную способность (трансфер до сотен миллионов байт в секунду). 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 76 Мультимедиа и интерфейсы • Широкое внедрение средств мультимедиа, р у очередь р д аудиоу и видеосредств р в первую ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на «дружественном» естественном языке. • Развитие бытового (домашнего) у включающем в себя и ПК, и мультимедиа, целую группу потребительских устройств. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 77 Создание компьютерной модели реального мира • Виртуальная (кажущаяся, воображаемая) система, в которой й мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 78 Дистанционное обучение • Системы автоматизированного обучения р наличии обратной р видеосвязи д — при абонент будет общаться с персональным виртуальным учителем, учителем учитывающим психологию, подготовленность, восприимчивость ученика. 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 79 Проблемы • Обеспечение прав интеллектуальной ф д ц собственности и конфиденциальности информации. • Компьютерные вирусы, вирусы спам и т.п. тп • Психологические проблемы (игровая зависимость, «электронный виртуальный» собеседник, пропаганда насилия, террора, распространение порнографии). 29.11.2012 Классификация ЭВМ и тенденции развития 80