Задание лабораторной работы
1. Используя ресурсы сети Internet найти по одной ЭВМ с различным принципом действия: ЦВМ, АВМ, ГВМ
Электронная вычислительная машина, компьютер - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
По принципу действия вычислительные машины делится на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ), гибридные (ГВМ).
ЦВМ - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. По сути это все вычислительные машины, которые на данный момент используются в современном обществе, будь то персональный компьютер, сервер, телефон и прочее.
АВМ - вычислительные машины прорывного действия, работают c информацией, представленной в прерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Решаемая задача (класс задач) жёстко определяется внутренним устройством АВМ и выполненными настройками (соединениями, установленными модулями, клапанами и т. п.). Даже для универсальных АВМ для решения новой задачи требовалась перестройка внутренней структуры устройства. Отсюда можно сделать вывод, что это простейшие устройство для расчётов. Так, например, первый вариант логарифмической линей, изобретенный еще в 1622 году, можно считать первым аналоговым вычислительным прибором.
Аналоговые вычислительные машины просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше чем, у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
ГВМ - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой и аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. Простейшее гибридное устройство. Аналоговый штангенциркуль с цифровым блоком измерения
2. Провести анализ выбранных ЭВМ по различным критериям (назначение, производительность, надежность и так далее).
Если породить анализ таких ЭВМ, то в начале следует отметить АВМ:
Решаемая задача (класс задач) жёстко определяется внутренним устройством АВМ и выполненными настройками (соединениями, установленными модулями, клапанами и т. п.). Даже для универсальных АВМ для решения новой задачи требовалась перестройка внутренней структуры устройства.
При работе аналоговый компьютер имитирует процесс вычисления, при этом характеристики, представляющие цифровые данные, в ходе времени постоянно меняются.
Результатом работы аналогового компьютера являются либо графики, изображённые на бумаге или на экране осциллографа, либо электрический сигнал, который используется для контроля процесса или работы механизма.
Эти компьютеры идеально приспособлены для осуществления автоматического контроля над производственными процессами, потому что они моментально реагируют на различные изменения во входных данных. Однако общая скорость их работы невысока, так как вычисления во многом опираются на переходные процессы в реактивных компонентах, а также ограничены частотной полосой и нагрузочной способностью операционных усилителей. Такого рода компьютеры широко использовались в научных исследованиях. Например, в таких экспериментах, в которых недорогие электрические или механические устройства способны имитировать изучаемые ситуации.
АВМ характеризуются малой скоростью работы, неудобностью эксплуатации и неточностью работы, однако, занимают свою нишу в современном мире.
ЦВМ - он же компьютер - устройство или система, способная выполнять заданную, чётко определённую, изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой. Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно для выполнения математических расчётов.
Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.
Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бомльшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.
Четвёртое. Компьютеры развились настолько, что стали главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер -- будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров -- навигация в Интернете и игры.
Пятое. Современные суперкомпьютеры используются для компьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.
Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект -- применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач -- игры, машинный перевод текста, экспертные системы.
ГВМ, в свою очередь, собрала в себе лучше от АВМ и ЦВМ. В гибридной вычислительной системе устранены многие недостатки, свойственные каждому из типов вычислительных машин в отдельности, и объединены такие преимущества, как:
высокая точность и быстродействие;
многообразие возможностей управления и программирования, присущее цифровым системам;
непосредственное взаимодействие с контролируемой и управляемой аппаратурой, присущее аналоговым системам.
отсутствие в критичных узлах дополнительных преобразований физических величин и обусловленных этим временных задержек и погрешностей дискретизации.
сравнительно малое количество простых элементов, реализующих сложные функциональные зависимости, присущее аналоговым системам.
Для взаимодействия аналоговых и цифровых узлов ГВМ применяются специальные устройства преобразования, в частности, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), управляемые усилители, коммутаторы и т. п.
Гибридные вычислительные системы строятся из следующих элементов:
Блоки АВМ и ЦВМ
Преобразователи представления величин
Устройства внутрисистемной связи
Периферийное оборудование
Эффективный гибридный комплекс может быть создан только в результате тщательного исследования предметной области, уточнения всех особенностей применения и детального анализа типичных задач. Поэтому говорить о какой-то единой архитектуре гибридных вычислительных систем в корне неверно.
3. Используя ресурсы сети Internet найти по одной ЭВМ класса ПК, Мейнфрейм и Супер ЭВМ
К классу ПК можно отнести тот же настолько домашний компьютер - стационарный персональный компьютер, предназначенный для работы дома и в офисе.
Мейнфрейм - большой универсальный высокопроизводительный отказоустойчивый сервер со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для использования в критически важных системах (англ. mission-critical) с интенсивной пакетной и оперативной транзакционной обработкой. Основной разработчик таких систем - компания IBM.
Супер ЭВМ - специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров. Пример такого компьютера - Cray-2, созданный в 1985-1989 годах.
Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.
4. Провести анализ выбранных ЭВМ по различным критериям (назначение, производительность, надежность и так далее)
Персональный компьютер.
На протяжении 1980-х и 1990-х годов настольные компьютеры стали преобладающим типом, наиболее популярными из которых были IBM PC и его клоны. Затем первенство на рынке перехватил Apple Macintosh. В середине 1980-х некоторым успехом пользовался Commodore Amiga, но популярность этих компьютеров снизилась в начале 1990-х.
Многие настольные компьютеры той эпохи интегрировали несколько компонентов в едином корпусе (All-in-one). Часто объединялись дисплей и материнская плата компьютера, иногда в едином корпусе с ними исполнялась и клавиатура. Объединение компонентов уменьшало количество проводов и площадь, занимаемую устройством.
В течение 1990-х годов All-in-one (моноблоки) постепенно стали менее распространёнными, на смену им стали приходить компьютеры с раздельным системным блоком и монитором. Системный блок теперь может располагаться на полу под столом или рядом с ним, тем самым освобождая пространство на рабочем месте для мониторов, которые становятся популярнее с каждым годом. Моноблоки как особенно компактный форм-фактор остаются популярными для корпоративных вычислительных средах и киосков.
Популярные игры, такие как Doom и Quake в течение 1990-х годов толкали геймеров на приобретения последних процессоров и видеокарт (3dfx, ATI, и Nvidia) для настольных компьютеров (обычно для компьютеров с системными блоками) для запуска этих видеоигр, хотя темпы приобретения новых комплектующих замедлился с конца 2000-х годов в связи с растущей популярностью комплектующих Intel с интегрированной графикой. Это заставило разработчиков игр прибегнуть к урезанию системных требований к видеоиграм.
Хоть производительность данных систем не велика, но они получили всеобщую популярность во всем мире.
Мейнфрейм.
Среднее время наработки на отказ. Время наработки на отказ современных мейнфреймов оценивается в 12-15 лет. Надёжность мейнфреймов -- это результат их почти 60-летнего совершенствования. Группа разработки операционной системы VM/ESA затратила 20 лет на удаление ошибок, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях.
Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счёт использования следующих принципов:
Дублирование: два резервных процессора, резервные модули памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.
Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.
Целостность данных. В мейнфреймах используется память с коррекцией ошибок. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти или данных, ожидающих вывода на внешние устройства. Дисковые подсистемы, построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования, защищают от потерь данных.
Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80-95 % от их пиковой производительности. Операционная система мейнфрейма будет обрабатывать всё сразу, причём все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие компоненты ПО.
Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных.
Масштабирование. Масштабирование мейнфреймов может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (System Complex) -- многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределённый Sysplex называют GDPS. В случае использования операционной системы VM для совместной работы можно объединить любое количество компьютеров. Программное масштабирование -- на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причём все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в то же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.