Классификация компьютеров

Первый компьютер был создан в 1946 году в США. Данная электронная вычислительная машина (ЭВМ) состояла из 18 тыс. вакуумных ламп, весила 30 тонн, занимала площадь около 200 м² и потребляла огромное количество энергии. В 1964 г. фирма IBM объявила о создании семейства компьютеров System 360, после чего продолжается постоянное развитие компьютерной техники и элементной базы.

Компьютерная техника может классифицироваться по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Такое разделение компьютеров является условным, что объясняется стремительным развитием компьютерной науки и техники.

В общем виде компьютеры можно разделить:

• по производительности и быстродействию;
• по назначению;
• по уровню специализации;
• по типу процессора;
• по особенностям архитектуры;
• по размерам.

В зависимости от набора решаемых задач, на основании которых формируются требования к характеристикам, компьютеры делят на:

• персональные компьютеры;
• рабочие станции;
• серверы;
• мэйнфреймы;
• суперкомпьютеры (кластерные архитектуры).

Персональный компьютер

Персональный компьютер (ПК) — предназначен для удовлетворения потребностей одного пользователя и представляет собой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Персональные компьютеры условно можно разделить на профессиональные и бытовые (домашнего использования).

Характерным для ПК являются:

• ориентация на широкое применение и наличие некоторого набора стандартных технических средств со средними значениями характеристик, которые могут быть существенно улучшены по желанию пользователя;
• автономное использование ПК и, как следствие, обязательное наличие у каждого компьютера средств ввода и отображения информации, таких как: клавиатура, мышь, монитор, принтер и др, характерных для решаемых задач;
• индивидуальное использование ресурсов ПК и незначительное использование ресурсов других компьютеров при наличии подключения к информационной сети, например, Internet.
• работа под управлением, как минимум, не сетевой операционной системы.

Рабочая станция

Рабочая станция (англ. Workstation) — комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач.

• Рабочая станция — как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройство ввода / вывода информации, отделенные часто отдаленные от управляющего компьютера), набор необходимого программного обеспечения, при необходимости может дополняться вспомогательным оборудованием: принтер, внешнее устройство хранения данных на магнитных и / или оптических носителях, сканер штрих-кода и др.
• Также термином «рабочая станция» обозначают компьютер в составе локальной вычислительной сети относительно сервера. Компьютеры в локальной сети подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных, создают документы, выполняют расчеты). Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные ресурсы всем узлам сети, в том числе и рабочим станциям.

Существуют достаточно устойчивые признаки конфигураций рабочих станций, предназначенных для решения определенного круга задач, позволяет отделять их в отдельный профессиональный подкласс: мультимедиа (обработка изображений, видео, звука), САПР (системы автоматизированного проектирования и т.д.).

Каждый такой подкласс может иметь присущие ему особенности и уникальные компоненты, например:

• большой размер монитора и / или несколько мониторов (САПР),
• быстродействующая графическая плата (обработка видео и мультипликация, компьютерные игры),
• большой объем накопителей данных,
• наличие сканера (работа с изображением),
• защищенное исполнение (вооруженные силы, секретные базы данных) и другие.

Сервер

Сервер (server) — компьютер, предназначенный для предоставления своих информационных и расчетных ресурсов в общее пользование. Он обслуживает запросы от рабочих станций или ПК.

Серверы делятся:

1. Сервер (программное обеспечение) — программное обеспечение, принимает запросы от клиентов, то есть программный компонент вычислительной системы, выполняющий сервисные (обслуживающие) функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определенным ресурсам или услуг.
2. Сервер (аппаратное обеспечение) — компьютер (или специальное компьютерное оборудование), выделенный и / или специализированный для выполнения определенных сервисных функций.

Характерным для сервера являются:

• работа под управлением сетевой операционной системы;
• наличие сетевых карт, обеспечивающих требуемые скорости и объемы обмена данными;
• наличие быстродействующего процессора или нескольких — от двух до нескольких десятков и сотен — процессоров для обеспечения необходимой вычислительной мощности;
• высокие требования к объему оперативной и внешней памяти;
• применение устройств бесперебойного питания;
• невысокие требования к устройствам ввода и визуального отображения информации для управления сервером и даже, возможно, частичная или полное их отсутствие.

Мэйнфрейм

Мэйнфрейм (mainframe) — высокоэффективная вычислительная машина с повышенным размером оперативной памяти и жесткого диска, способна делать множество сложных вычислений одновременно и непрерывно в течение длительного времени. Основная сфера использования мэйнфреймов — коммерческие организации, центры научных исследований.

Научные исследования показывают, что при использовании глобальных информационных массивов, обработка данных будет выполняться значительно легче и экономически выгоднее с помощью мейнфрейму, чем при участии сети персональных устройств. Мэйнфрейм опережает обычные современные ПК практически по всем показателям.

Отдельно стоит уделить внимание высокой надежности самого устройства и данных, с которыми он работает. Наличие резервных составляющих устройств системы и возможность их «горячей» замены обеспечивают непрерывность работы. А стандартная величина загруженности процессора без особых усилий превышает отметку в 85% от общей мощности. Управление таким устройством происходит с помощью цепи терминалов, а с недавних пор и через сетевой интерфейс. Лидирующие позиции в производстве мэйнфреймов занимает компания IBM.

Надежность мэйнфреймов — это результат почти 60-летнего их совершенствования. Мэйнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок.

Для мэйнфреймов характерны следующие особенности:

• дублирования: резервные процессоры; запасные микросхемы памяти; альтернативные пути доступа к периферийным устройствам. Горячая замена всех элементов до каналов, плат памяти и центральных процессоров;
• целостность данных: в мэйнфреймах используется память, исправляет ошибки. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих устройства ввода-вывода информации. Дисковые подсистемы построены на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенными средствами резервного копирования, которые гарантируют защиту от потерь данных;
• рабочую нагрузку мэйнфреймов может составлять 80-95% от их пиковой производительности;
• пропускная способность подсистемы ввода-вывода мэйнфреймов разработана так, чтобы работать в среде с высоким рабочим нагрузкам на ввод-вывод;
• доступ к данным: поскольку данные хранятся на одном сервере, приложения не требуют сбора исходной информации из множества источников, не нужен дополнительный дисковое пространство для их временного хранения;
• требуется небольшое количество необходимых физических серверов и довольно простое программное обеспечение. Все это, в совокупности, ведет к повышению скорости и эффективности обработки.
• использования дискового пространства: пропускная способность ввода-вывода достаточное для загрузки процессора.

Суперкомпьютер

Суперкомпьютер (кластерная архитектура) — вычислительная машина, значительно превосходит по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров.

Как правило, современные суперкомпьютеры — это большое количество высокопроизводительных серверных компьютеров, соединенных друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительного задачи. Таким образом, большинство суперкомпьютеров — это кластерные архитектуры.

Кластер — это разновидность параллельной или распределенной системы, которая состоит из нескольких связанных между собой компьютеров и используется как единственный, унифицированный компьютерный ресурс.

Кластер всегда состоит из узлов, которые являются полноценными компьютерами, соединенными сетью для выполнения обмена данными. При этом, эти компьютеры не обязательно должны быть однотипными, система может быть и гетерогенной, объединяя в себе компьютеры разной архитектурой — от ПК до сверхпроизводительных суперкомпьютеров. Кластер может быть как территориально сосредоточен, так и распределен, последнем способствует развитие глобальной сети Internet.

Компьютеры, образуют кластер, — так называемые узлы кластера — всегда относительно независимы, что позволяет останавливать или исключать из них для проведения профилактических работ или установки дополнительного оборудования без нарушения работоспособности всего кластера.

Аппаратная и программная часть комплекса позволяет при обнаружении отказа одного процессора быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера. При этом сбой в работе кластера выражается лишь в некотором снижении производительности системы или в недоступности приложений на короткое время, необходимое для переключения на другой узел. Производительность кластерной системы легко масштабируется, а это значит, что добавление в систему дополнительных процессоров, оперативной и дисковой памяти или новых узлов может выполняться при необходимости в любое время.

Кластерная архитектура на сегодняшний день является наиболее распространенной для создания высокопроизводительных вычислительных комплексов: в списке самых мощных суперкомпьютеров мира Тор500 более 80% систем является кластерами. В отличие от «мэйнфреймов» — мощных компьютеров с традиционной архитектурой — кластер строится на базе компонентов, выпускают массово, и состоит из стандартных серверов — вычислительных узлов, объединенных высокопроизводительной системной сетью.

Сравнение мейнфрейма и суперкомпьютера.

Суперкомпьютеры — это машины, которые находятся сегодня на пике доступных вычислительных мощностей, особенно в области операций с числами. Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач (высокопроизводительные вычисления, например, в области метеорологии или моделирования ядерных процессов), где ограничивающими факторами являются мощность процессора и объем оперативной памяти, тогда как мэйнфреймы используются для целочисленных операций, которые являются требовательными к скорости обмена данными, надежности и способности одновременной обработки множества процессов (инвентаризация товаров, резервирование авиабилетов, банковские операции).

В контексте общей вычислительной мощности мэйнфреймы проигрывают суперкомпьютерам.