Классификация ЭВМ

Сначала скажем немного об истории вычислительной техники.

История электронных вычислительных машин (ЭВМ) в современном их понимании коротка. В частности, на речном транспорте она начинается с создания в 1965 г. Главного вычислительного центра (ГВЦ) тогдашнего Министерства речного флота. Немного раньше был создан ГВЦ Министерства морского флота. С тех пор сменилось несколько поколений ЭВМ, характеристики которых непрерывно и очень быстро повышались.

Но имеется сравнительно длительная предыстория. Не будем говорить (только упомянем) о русских и китайских счетах, о за-падно - европейских счетах на линиях, о суммирующем устройстве Паскаля, о калькуляторе Лейбница. Эти устройства были механические, а не электронные. Кроме того, и это главное, они были не программируемые. Современный обычный калькулятор - это ЭВМ, но непрограммируемая. Он может делать только то, что заложено в его микросхеме. В обыкновенной современной стиральной машине тоже есть ЭВМ, но она может выполнять только предусмотренные режимы. Это первый аспект классификации. Нас интересуют только программируемые ЭВМ.

Изобретателем первой программируемой вычислительной машины (но не электронной, а механической) был Чарльз Бэббидж (1792-1871). Особенностью аналитической машины Бэббиджа было то, что в ней впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Благодаря этому стало возможным составлять программы для различных процессов обработки информации, для различных ее сортировок и действий с нею. Программы, как и данные, вводились на перфорированных картах (перфокартах). Их предложила графиня Огаста Ада Лавлейс (1815-1852), дочь поэта Байрона. Она считается первой программисткой, и ее именем назван один из современных алгоритмических языков программирования Ada. Правда, при жизни изобретателя машина до конца не была построена, но его идеи оказались жизненными.

Многие дальнейшие десятилетия связаны с массовым внедрением перфорационной вычислительной техники. Все морские и речные пароходства, порты были оснащены ею, автор сам имел с ней дело.

Идея Бэббиджа о раздельном рассмотрении команд и данных в XX в. была развита в принципах Джона фон Неймана (1941 г.), и сегодня на ней основываются архитектура ЭВМ и структура компьютерных программ.

Среди программируемых ЭВМ следует различать:

• аналоговые или цифровые ЭВМ;
• универсальные или специализированные ЭВМ.

В аналоговых ЭВМ информация представляется в непрерывной форме, т.е. в виде меняющихся во времени физических величин: электрических напряжений, токов. Известной формуле, связывающей силу тока, напряжение, сопротивление (I = U:R) может быть аналогом, например, формула, связывающая время, расстояние и скорость (t = l:v). Тогда, например, измерив дальномером расстояние, установив реостатом скорость, мы получим в виде масштабированной силы тока время лета самолета до нас (или лучше от нас), причем результат получается мгновенно. Недостатком аналоговых ЭВМ является сравнительно низкая для некоторых экономических расчетов точность. Бухгалтерский баланс должен быть сведен по вертикали и горизонтали с точностью до копейки, а сила тока может на «копейку» отличаться от истины. Поэтому аналоговые машины - «не наши» машины (хотя попытки их внедрения для «наших» расчетов были).

В цифровых ЭВМ информация представляется дискретно, в виде последовательности цифр, и требуемая точность стопроцентная (если, конечно, программа правильно составлена).

Специализированные ЭВМ предназначены для решения конкретного круга задач. Например, это бортовые ЭВМ самолетов, космических аппаратов. Они часто бывают непрограммируемыми и аналоговыми. Это тоже не наши ЭВМ.

Наконец, универсальные программируемые ЭВМ для обработки деловой (экономической, эксплуатационной) информации делятся на 3 класса:

• большие ЭВМ;
• мини-ЭВМ;
• микро-ЭВМ, или персональные ЭВМ (ПЭВМ); некоторые авторы различают их как два разных класса, но дробить можно до бесконечности.

Большие ЭВМ - это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций, для серверов высшего уровня в Интернете. Их также называют мэйнфреймами (mainframe). Штат обслуживания большой ЭВМ составляет десятки человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры (ВЦ), включающие в себя несколько отделов или групп. Для экономии времени работы больших ЭВМ малопроизводительные операции ввода, вывода и первичной подготовки данных выполняют с помощью ПЭВМ, также включенных в ВЦ.

МиниЭВМ отличаются от больших уменьшенными размерами, меньшей производительностью и стоимостью. Это могут быть серверы крупных предприятий, банков, научных учреждений.

ПЭВМ имеют массовое распространение. Термин «персональные» несколько условен. Даже за домашним компьютером могут работать и отец, и сын, и дочь. Точнее можно сказать, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Они очень разнообразны. Существующий стандарт устанавливает следующие категории ПЭВМ:

• Consumer PC; массовый персональный компьютер (ПК);
• Office PC; деловой ПК;
• Mobile PC; портативный ПК (ноутбук - notebook);
• Workstation PC; рабочая станция;
• Entertainment PC; развлекательный ПК.

Здесь следует дополнительно ограничить область нашего рассмотрения. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. Сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы:

• IBM PC фирмы IBM (International Business Machines);
• Macintosh (Макинтош) фирмы Apple.

Эти две платформы занимают различные сегменты рынка. Macintosh хорош для сложной трехмерной графики (разрез сердца в медицине), обработки звука и изображения. IBM PC прочно занимает нишу обработки деловой информации для офисов.

Macintosh и IBM PC не совместимы (хотя попытки обеспечить частичную совместимость предпринимаются). Поэтому Macintosh - тоже «не наш» компьютер. «Наши» компьютеры - IBM-совместимые.

IBM PC имеет открытую архитектуру. Она позволяет модернизировать компьютер по частям (upgrade - повышать уровень) и наиболее полно приспособить его работу к нуждам конкретного пользователя. Поэтому также монополия компании IBM держалась всего пару лет, в настоящее время эти компьютеры производят несколько сотен (а с учетом «отверточной» сборки и несколько десятков тысяч) фирм, и IBM занимает среди них не лидирующее место, она лидер по большим компьютерам.

IBM-совместимые компьютеры имеют короткую по времени, но длинную по пройденным этапам историю. Она тесно связана с совершенствованием центрального устройства ПЭВМ - процессора и операционной системы (о них подробнее ниже). С 1999 г. рынок процессоров для ПЭВМ фактически делят только две фирмы - Intel и AMD, сама IBM их не производит. Совершенствованием операционных систем практически монопольно занимается фирма Microsoft.

Фирма IBM разработала свой первый персональный компьютер IBM PC в 1981 г. В нем использовался 16-разрядный процессор 8088 фирмы Intel. Хотя это был очень слабый по вычислительным возможностям компьютер (по современным меркам), он обладал открытой архитектурой и схемные решения были прогрессивны. На этом компьютере устанавливалась операционная система MS DOS и интерпретатор языка Basic малоизвестной тогда фирмы Microsoft. Далее фирма IBM сделала очень верный 50

ход. Каждая последующая модель PC была полностью совместима со всеми предыдущими. Программы, написанные для старых вариантов компьютеров, работали на новых и пользователям не приходилось полностью заменять программное обеспечение при переходе на новую модель. Принцип стопроцентной РС-совместимости выполняется и по сей день (впрочем, автору приходилось встречать редкие случаи несовместимости).

Дальнейшие основные этапы развития просто перечислим:

• модель IBM PC XT (1983 г.; extended Technology - расширенная технология); тот же процессор, но новые архитектурные решения;
• модель IBM PC AT (1984 г.; Advanced Technology - продвинутая технология); процессор 80286 (или просто 286, 286-я ПЭВМ);
• 1986 г., фирмы Compaq и ALR, компьютер на новом, более быстром 32-разрядном процессоре Intel 80386 (386-я ПЭВМ); можно сказать, что с этого времени IBM потеряла господствующее положение на рынке PC, но ее стандарт был воспринят всеми и сохранился;
• 1989 г., компьютер на процессоре Intel 80486 со встроенным математическим сопроцессором для выполнения операций с плавающей точкой (486-я ПЭВМ); благодаря увеличившимся вычислительным ресурсам широкое распространение получила операционная система с графической оболочкой Windows (окна); версии 3.0, а затем 3.1 и 3.11;
• 1993 г., компьютер с процессором Pentium фирмы Intel с повышенной производительностью;
• 1995 г., процессор Pentium Pro и операционная система Windows 95;
• 1998 г., процессор Pentium II, его упрощенный вариант Celeron, операционная система Windows 98, впервые хорошо заработавшая в Интернете; интересно отметить, что всего на две недели раньше (жестокая конкуренция) фирма AMD выпустила аналогичный процессор Кб, который также можно встретить;

• 1999 г., процессор Pentium III с встроенным серийным номером, позволяющим однозначно идентифицировать компьютер, работающий в Интернете; это новшество вызвало бурную негативную реакцию на рынке, и Intel пришлось ввести функцию отключения серийного номера; одновременно фирма AMD выпустила еще более совершенный процессор Athlon (К7) и упрочила свои позиции;
• 2000 г., новый процессор с прежним названием Pentium III (таким образом, продаются разные процессоры с одним названием, для различения нужно смотреть характеристики); операционная система Windows 2000; Федеральное правительство США признало Microsoft монополией и рассматривало ее разделение на несколько компаний; Microsoft откупилась;
• 2002 г., операционная система Windows ХР; и далее предела совершенствованию нет.

Автор привел эти этапы, чтобы показать бурный ритм развития вычислительной техники.