 nCube (гиперкубическиеЭВМ),

 Connection Machine,

 Mass Par,

 NCR/Teradata,

 KSR,

 IBM RS/6000,

 MPP и др.

Необходимо отметить и еще один класс наиболее массовых средств ЭВТ - встраиваемые микропроцессоры. Успехи микроэлектроники позволяют создавать миниатюрные вычислительные устройства, вплоть до однокристальных ЭВМ. Эти устройства, универсальные по характеру применения, могут встраиваться в отдельные машины, объекты, системы. Они находят все большее применение в бытовой технике (телефонах, телевизорах, электронных часах, микроволновых печах и т.д.), в городском хозяйстве (энерго-, тепло- , водоснабжении, регулировке движения транспорта и т.д.), на производстве (робототехнике, управлении технологическими процессами). Постепенно они входят в нашу жизнь, все больше изменяя среду обитания человека.

Таким образом, можно предложить следующую классификацию средств вычислительной техники, в основу которой положено их разделение по быстродействию.

 СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.

 Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.

 Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.

 Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.

 Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

В настоящее время начинают широко использовать классификацию ЭВМ по их использованию в сетях.

Класс ЭВМ, используемый в сетях, можно разделить на группы:

• вычислительные системы (ВС);

• кластерные структуры (КС);

• серверы;

• сетевые компьютеры (СК).

ЭВМ каждой из этих групп используются для:

ВС – обслуживание крупных сетевых банков данных.

КС – обслуживание многомашинных распределенных вычислительных систем.

Серверы – управления тем или иным ресурсом сети (файлы, базы данных, приложения и т.д.)

СК – организация пользовательского интерфейса

Высокие скорости вычислений, обеспечиваемые ЭВМ различных классов, позволяют перерабатывать и выдавать все большее количество информации, что, в свою очередь, порождает потребности в создании связей между отдельно используемыми ЭВМ. Поэтому все современные ЭВМ в настоящее время имеют средства подключения к сетям связи и комплексирования в системы.

Перечисленные типы ЭВМ, которые должны использоваться в индустриально развитых странах, образуют некое подобие пирамиды с определенным соотношением численности ЭВМ каждого слоя и набором их технических характеристик. Распределение вычислительных возможностей по слоям должно быть сбалансировано. Например, система обработки данных, используемая на Олимпийских играх в Атланте, содержала: 4 больших ЭВМ S/390,16 систем RS/6000, более 80 систем AS/400, более 7000 IBM PC, более 1000 лазерных принтеров, более 250 локальных сетей Token Ring и др. Многие ПЭВМ имели сопряжение с датчиками скорости, времени и т.д.

Требуемое количество для отдельной развитой страны, такой, как Россия, должно составлять:

суперЭВМ -100-200 шт.,

больших ЭВМ - тысячи,

средних - десятки и сотни тысяч,

ПЭВМ - миллионы,

встраиваемых микроЭВМ - миллиарды.

Все используемые ЭВМ различных классов образуют машинный парк страны, жизнедеятельность которого и его информационное насыщение определяют успехи информатизации общества и научно-технического прогресса страны. Формирование сбалансированного машинного парка является сложной политической, экономической и социальной проблемой, решение которой требует много миллиардных инвестиций. Для этого должна быть разработана соответствующая структура: создание специальных производств (элементной базы ЭВМ, программного обеспечения и технических связей), смена поколений машин и технологий, изменение форм экономического и административного управления, создание новых рабочих мест и т.д.

3. Структурная организация ЭВМ различных поколений

Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

“Алгоритм - конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций”.

“Программа (для ЭВМ) - упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке” (стандарт ISO 2382/1-84).

Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как и однозначных методов его преобразования в программу вычислений, не существует. Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ.

Суть его заключается в следующем.

Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.

Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов. Информация (командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически неразличимы, идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по контексту.

Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1. Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.

Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.

Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта, для ПЭВМ - два байта. В качестве структурных элементов информации различают также полуслово, двойное слово и др.

Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления, логично вытекает из последовательного характера преобразований, выполняемых человеком по некоторому алгоритму (программе). Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений представлена на рис.1.

В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл. “Файл - идентифицированная совокупность экземпляров полностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программы во внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций (ГОСТ 20866 - 85)”.

Рис. 1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений

При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройство управления (УУ).

Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Цепи сигналов управления показаны на рис. 1. штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяются код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.

В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются одно-, двух-, трехадресные и безадресные команды.

В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство (для этого в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между устройствами).

Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.

В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходные операнды, а третий - куда необходимо поместить результат.

В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится на одном из регистров арифметико-логического устройства (АЛУ). Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять блокировку и др.).

Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений. Для организации ветвлений используются команды, нарушающие естественный порядок следования команд. Отдельные признаки результатов r(r = 0, r < 0, r > 0 и др.) устройство управления использует для изменения порядка выполнения команд программы.

Рассмотрим пример выполнения 3-х адресной команды в ЭВМ в соответствии с принципами Дж.фон Неймана. Предположим, что некоторая i-ая команда эта команда сложения чисел “a” и “b” и полученная сумма должна быть занесена в ЗУ.

Пусть:

КО «+» ‑ 01

Код адреса ячейки “a” – 0100

Код адреса ячейки “ b ” – 0101

Сумма заносится в ячейку с адресом 0200

Тогда код команды в ячейке i – 01 0100 0101 0200

Эта команда поступает в УУ и дешифруется КО. В результате УУ определяет, какая команда будет выполняться и всем компонентам машины, участвующим в ее реализации, по каналам связи посылается соответствующая информация. После получения от всех компонент ответной информации об их готовности к выполнению операции в УУ, выделяется код адреса первого операнда, т.е. 0100, который пересылается в ЗУ. В ЗУ отыскивается соответствующая ячейка и ее содержимое пересылается в АЛУ.

Все эти действия сопровождаются посылкой компонентами, участвующими в операции, соответствующей информации в УУ.

Далее также обрабатывается второй адрес. В АЛУ образуется сумма (a+b), получив эту информацию, УУ выделяет код последнего адреса и посылает его в ЗУ. Как только УУ получает информацию, что ячейка с этим адресом найдена, УУ посылает в АЛУ управляющую информацию о посылке суммы в ЗУ. Таким образом, в ячейке 0200 оказывается “a+b”.

К этому моменту содержимое специального счетчика УУ – счетчика команд (СЧ) увеличивается на 1 (i+1).

Этот новый адрес посылается в ЗУ и начинается процесс выполнения следующей команды.

Если выполняется команда безусловной передачи управления другой команде программы, то в адресной части этой команды находится код адреса, который будет занесен в СЧ.

Если же выполняется команда условной передачи управления, то новый код адреса заносится в СЧ только при выполнения условия.

Изложенный процесс работы ЭВМ фон Неймановской архитектуры очень упрощен. На самом деле происходят более сложные процессы, все они по времени строго синхронизированы и в определенной степени совмещаются.