1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ

Данный раздел является введением в одну из наиболее популярных и динамичных областей вычислительной техники, в центре которой находится ПЭВМ.
Читатель ознакомится с классификацией ЭВМ, различными их типами, местом ПЭВМ в иерархии средств вычислительной техники (СВТ).
После этого рассматриваются структура и состав ПЭВМ, а также обсуждаются функции, выполняемые ее устройствами.
Затем проводится классификация ПЭВМ по совокупности значений основных параметров, целевому назначению и конструктивному исполнению, перечисляются требования, предъявляемые к их комплектации.
Раздел завершает характеристика областей применения ПЭВМ в профессиональной деятельности человека, типов возлагаемых на них задач, а также социальных последствий широкомасштабного их внедрения.

1.1. Место ПЭВМ в иерархии средств вычислительной техники

ЭВМ классифицируется по различным признакам, в частности, по способам организации вычислительного процесса, функциональным возможностям, способности к параллельному выполнению программ и др. однако чтобы определить место ПЭВМ в широком разнообразии СВТ, следует рассмотреть классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность (см. рис. 1.1).

Рис. 1.1. Классификация ЭВМ

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. В настоящее время применяются большие ЭВМ четвертого поколения и ведутся интенсивные работы по созданию ЭВМ пятого поколения. ЭВМ этого класса, как правило, используются в режиме разделения времени, одновременно обслуживая многих пользователей. Большие ЭВМ конструктивно выполнены в виде нескольких стоек, включая устройства ввода-вывода, а также внешние запоминающие устройства на магнитных дисках и лентах. Для установки машин требуется достаточно большое помещение, оборудованное средствами обеспечения заданного температурного режима. Обслуживание больших ЭВМ трудоемко, зато их производительность лежит в пределах от нескольких сот тысяч до нескольких миллионов команд в секунду. К большим машинам относится подавляющее большинство моделей IBM 360/370 и их отечественных аналогов – ЕС ЭВМ.
Для иллюстрации возможностей больших ЭВМ в табл. 1.1 представлены основные технические характеристики моделей ЕС ЭВМ Ряда-3. В настоящее время создаются технические и программные средства четвертой очереди, а также идет подготовка к разработке основных концепций пятой очереди ЕС ЭВМ. Среди новинок назовем модель ЕС 1130 Ряда-4, обладающая производительностью около 2,5 млн. команда/с и емкостью определенного запоминающего устройства (ОЗУ) до 8 Мбайт.

Таблица 1.1

Основные технические характеристики моделей ЕС ЭВМ Ряда-3

н/д – нет данных.
* На смесях команд для научно-технических задач максимальная производительность в 2 раза выше, а на смесях команд для планово-экономических задач - наоборот, в 2 раза
ниже приведенной. 
** В скобках указана максимальная скорость ОЗУ.
*** По ценам 1990 г.

Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда приложений – таких, как прогнозирование метеообстановки, моделирование и др., что явилось стимулом для создания суперЭВМ. Появляются все новые и новые области их применения, а поэтому потребность в машинах данного класса непрерывно растет. Производительность современных ЭВМ не соответствует многим из таких областей, что обуславливает улучшение показателей суперЭВМ. Под суперЭВМ понимают вычислительную систему, относящуюся к классу самых мощных систем в данное время. Они имеют большие габариты, требуют для своего размещения специальных помещений и весьма сложны в обслуживании. Одной из основных проблем проектирования и эксплуатации является эффективный отвод тепла. Производительность суперЭВМ в настоящее время составляет десятки и сотни млн. команда/с. Две наиболее известные серии суперЭВМ – это Cray(Cray-1, Cray-2 и Cray-3) корпорации Cray Research и Cyber 205 фирмы Control Data Corp. (CDC). Отметим, что Cray-3 способна выполнять 16000 млн. команд с плавающей точкой в секунду. Стоимость отдельных суперЭВМ достигает 10 млн. долл. Из отечественных ЭВМ к данному классу можно отнести машину с динамической архитектурой (МДА) В.А.Торгашева.
В 70-е гг. появился еще один класс ЭВМ – миниЭВМ, что обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ – для ряда приложений. МиниЭВМ используются как в режиме разделения времени, так и для управления технологическими процессами. Они конструктивно выполнены в виде одной или нескольких малогабаритных стоек (без учета устройств ввода-вывода) и имеют более низкие по сравнению с большими ЭВМ быстродействие и стоимость. ЭВМ данного класса не требуют специально оборудованных помещений. К миниЭВМ относятся машины серии PDP-11 фирмы Digital Equipment Corp. (DEC) и их отечественные аналоги – большинство моделей СМ ЭВМ. Выпускаются также миниЭВМ «Электроника 79» (СНГ); ИЗОТ 1016М (Болгария); КОРАЛЛ 4001, 4011, 4030 (Румыния), ЯНУС (Венгрия) и др. Практически все миниЭВМ являются 16-разрядными. Основные технические характеристики отечественных ЭВМ этого класса приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Основные технические характеристики миниЭВМ

* По ценам 1990 г. 
** Габаритные размеры основной стойки.

Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению суперминиЭВМ. СуперминиЭВМ – это вычислительная машина, относящаяся по архитектуре, размерам и стоимости к классу миниЭВМ, но по производительности сопоставимая с большой ЭВМ. СуперминиЭВМ используются в режиме разделения времени. Наиболее яркими их представителями являются ЭВМ семейства VAX-11 фирмы DEC. Это семейство послужило прототипом отечественной ЭВМ СМ 1700. Кроме того, выпускаются следующие суперминиЭВМ: “Электроника-82” (СНГ), К1840 (Восточная Германия), СМ 52/12 (Чехо-Словакия), ИЗОТ 1055С (Болгария) и др. Все ЭВМ данного класса являются 32-разрядными. Основные технические характеристики моделей суперминиЭВМ приведены в табл. 1.3. 

Таблица 1.3

Основные технические характеристики суперминиЭВМ

н/д - нет данных.
* По ценам 1990 г.
** Габаритные размеры основной стойки.
*** Перспективная модель.

Изобретение в 1969 г. микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х гг. еще одного класса ЭВМ – микроЭВМ. Именно наличие МП служит определяющим признаком микроЭВМ. Эти ЭВМ, в свою очередь, делятся на многопользовательские микроЭВМ, автоматизированные рабочие места (АРМ), встроенные ЭВМ и ПЭВМ.
Многопользовательские микроЭВМ – это микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и работающие в режиме разделения времени. Они выполняются, как правило, в одной малогабаритной стойке и изредка – в настольном варианте.
АРМ или рабочая станция (workstation), представляет собой ЭВМ, оборудованную всеми средствами, необходимыми для выполнения работ определенного типа. Различают технические (инженерные) АРМ, АРМ для автоматизированного проектирования, АРМ для издательской деятельности (настольные издательские системы) и др. В классе микроЭВМ АРМ наряду с многопользовательскими микроЭВМ имеют самое высокое быстродействие. Существуют как настольные АРМ, так и АРМ, выполненные в виде малогабаритной стойки.
Термин АРМ (рабочая станция) неоднозначен и часто употребляется в других смыслах, а именно:
1. Для именования ПЭВМ, снабженной специальным ПО, необходимым для решения задач определенного класса;
2. Для именования терминальных узлов вычислительных сетей.
Встроенные ЭВМ представляют собой вычислители, используемые для управления (например, станком или боевым средством) и обработки изменений. Конструктивно они выполняются в виде одной или нескольких плат и не обеспечивают реализацию широкого спектра вычислительных функций, а также стандартного взаимодействия с пользователем.
Персональной называется универсальная однопользовательская микроЭВМ.
Определение ПЭВМ в значительной степени расплывчато. Для его уточнения выделяют следующие характеристики персональных машин:
1. невысокую стоимость;
2. наличие периферийных устройств (ПУ), необходимых для ввода-вывода и хранения информации;
3. наличие аппаратных ресурсов, достаточных для решения реальных задач (в частности, достаточно емкости ОЗУ);
4. поддержку языков программирования высокого уровня;
5. наличие операционной системы (ОС), которая упрощает взаимодействие пользователя с ПЭВМ;
6. «дружественность» по отношению к пользователю.
Мощные ПЭВМ способны обеспечить работу нескольких пользователей одновременно, что размывает границу между ними и многопользовательскими микроЭВМ.
С другой стороны, в настоящее время стирается граница между ПЭВМ и инженерными АРМ. Причины этого кроются в следующем:
1. АРМ становятся «дружественными» и более дешевыми, в результате чего появился даже термин «персональные АРМ»;
2. АРМ можно снабдить дополнительными ПУ, превращающими его в универсальную ЭВМ;
3. технические характеристики ПЭВМ приближаются к техническим характеристикам АРМ;
4. на базе ПЭВМ можно построить АРМ, снабдив ее специальным оборудованием и соответствующим обеспечением.
Интересен тот факт, что мы являемся свидетелями рождения нового класса вычислительных машин – супермикроЭВМ.
На долю больших и персональных ЭВМ сейчас приходится примерно половина объема сбыта СВТ в стоимостном выражении, которая делится также примерно поровну между названными классами ЭВМ. Динамика роста числа установленных ПЭВМ подчиняется экспоненциальному закону. Однако относительный рост объема сбыта АРМ в 1991 г. превысил относительный рост объема сбыта персональных машин.