Классы вычислительных машин

Электронная вычислительная машина, или компьютер, – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Вычислительные машины могут быть классифицированы по ряду признаков. По размерам и функциональным характеристикам ЭВМ можно разделить на суперЭВМ, большие ЭВМ, малые и микроЭВМ.

Большие ЭВМ

У больших ЭВМ имеется синонимическое имя "универсальная" ЭВМ, или мейнфрейм (mainframe). Это мощные компьютеры с элементной базой СБИС, имеющие значительные габаритные размеры и функциональные характеристики, отличающие их от других классов ЭВМ (рис. 5.5). Архитектурно мейнфрейм представляет собой многопроцессорную систему с центральными и периферийными процессорами и общей памятью. Процессоры связаны между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. Центральные процессоры занимаются основными вычислениями, а периферийные – обеспечивают работу с широким спектром периферийных устройств.

Внешний вид большого компьютера и рабочей станции информационной системы метеорологического центра AWIPS (Advanced Weather Interactive Processing System) – центра прогноза погоды

Рис. 5.5. Внешний вид большого компьютера и рабочей станции информационной системы метеорологического центра AWIPS (Advanced Weather Interactive Processing System) – центра прогноза погоды

Большие ЭВМ имеют следующие базовые параметры: производительность – не менее 100 MIPS; основная память – емкостью от 512 до 10 000 Мбайт; внешняя память – не менее сотни гигабайт; многопользовательский режим работы (до 1000 пользователей).

Мейнфреймы обеспечивают обработку данных, требующую сложных расчетов, работу с БД большого объема, управление вычислительными сетями, часто они используются в качестве серверов информационно-вычислительных сетей (серверы-мейнфреймы). В связи с развитием сервис-ориентированной архитектуры (SOA) и веб-технологий для построения корпоративных информационных систем (КИС) значимость больших ЭВМ переживает ренессанс. При этом возрастает роль технических и функциональных стандартов (технологий), реализуемых большими ЭВМ, особенно это касается обеспечения надежности, масштабируемости (наращивание вычислительной и транзакционной мощности платформы), интеграции разнородных ИС.

Первый мейнфрейм – машина IBM 360 появился в 1964 г., а его аналогом был ряд машин ЕС ЭВМ, в прошлом выпускавшихся в СССР, которые появились на рубеже 1960–1970-х гг. Основным производителем мейнфреймов является компания IBM, а также компании "Hitachi", "Siemens Nixdorf" и пр. Стандартом для больших ЭВМ до сих пор остаются мейнфреймы фирмы IBM, среди лучших разработок: IBM 3090, IBM 4300 (4331, 4341, 4361, 4381) – 1979 г. (второе поколение мейнфреймов); IBM ES/9000 – 1990 г. (третье поколение); S/390 и AS/400 (четвертое поколение) и System z9 (пятое поколение) – 2005 г. и System ζ10 – 2007 г. Наиболее популярные большие ЭВМ разрабатываются как семейства, которые включают в себя линейку машин с серийными параметрами. Так, семейство машин S/390 содержит от однопроцессорной с быстродействием 50 MIPS до 10-процессорной ЭВМ с ожидаемым быстродействием 500 MIPS. Для повышения производительности вычислительной системы можно десятки подобных машин объединять в кластеры (по технологии S/390 Parallel Sysplex), которые приближаются по своим параметрам к суперкомпьютерам. Мейнфреймы средней производительности AS/400 также имеют более 10 моделей, они являются многопроцессорными, максимальная емкость оперативной памяти нового семейства составляет 16 Гбайт, а дисковой памяти – 2,1 Тбайт. Мейнфрейм System z9 с технологией виртуализации и обеспечения безопасности способен обрабатывать до 1 млрд транзакций в день и становится базовым для нового поколения вычислительных систем, ориентированных на коллективное использование.

В развитии мейнфреймов наблюдаются следующие новые тенденции:

■ "Capacity on Demand" – вычислительная мощность по требованию, что позволяет существенно снизить цену компьютера (плата лишь за вычислительную мощность, которая нужна на данный момент, и увеличение производительности по требованию);

■ появление машин бизнес-класса – ВС (Business Class), которые стоят менее 100 тыс. долл.; корпоративного класса – ЕС (Enterprise Class), что позволяет оптимизировать инвестиции в инфраструктуру ИС;

■ использование специализированных процессоров (для БД, Java-приложений), что приводит к снижению требований к процессорам больших машин, общей стоимости владения системой.

Рейтинг мейнфреймов определяется по ряду показателей: надежность; производительность; емкость основной и внешней памяти; время обращения к основной памяти; время доступа и трансферт ВЗУ; характеристики кэш-памяти; число каналов и эффективность системы ввода/вывода; аппаратная и программная совместимость с другими компьютерами; поддержка сети и т.д.

Главным событием в мире мейнфреймов был переход на 64-разрядную "открытую" архитектуру (zArchitecture), позволяющую поддерживать на одной машине серверы с различными ОС, связь серверов высокоскоростной сетью: Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, Infiniband и пр. Возможность горизонтального масштабирования вычислительной системы путем объединения мейнфреймов в кластеры[1], высокая надежность ЭВМ (среднее время наработки на отказ оценивается в 12–15 лет) – все это свидетельствует в пользу расширения сферы их использования.

Новый мейнфрейм System zlO с четырехъядерными процессорами обеспечивает 100%-е увеличение производительности. Он заменяет 1500 серверов на базе процессора х86, обеспечивая снижение затрат на электроэнергию на 85% и площадь на 85%, работает на 50% быстрее и предлагает 100%-е повышение производительности при решении задач, требовательных к процессорным ресурсам. Мейнфрейм zlO предоставляет полный диапазон управляемых политиками функций, в том числе:

■ управление авторизацией (механизмы аутентификации и авторизации пользователей);

■ управление использованием (поддержание коэффициента использования системы на максимальном уровне) с помощью ОС z/OS;

■ своевременное развертывание компьютерных ресурсов (Just-in-Time Deployment of Capacity Resources) с учетом транзакционных потребностей клиентов и их приоритезации;

■ безопасная виртуализация в соответствии с самым высоким уровнем требований по безопасности.

Мощность ИС определяется наличием программных продуктов.

Так, для мейнфрейма zlO представлено новое программное обеспечение категории "Информация по требованию" System z (пакеты Rational, Tivoli, Cognos & Business Intelligence, DB2 for z/OS Value Unit Edition, IBM Information Server, InfoSphere Master Data Management Server for Linux on System z и др.).

Малые ЭВМ появились в 1970-х гг. в связи с прогрессом в области производства элементной базы ЭВМ. Они были предназначены для оптимизации вычислительной мощности под потребности бизнеса. В начале сферой приложения малых компьютеров были системы управления технологическими процессами. Развитие архитектуры малых машин привело к возникновению супер-мини-компьютера – вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых компьютеров, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.

Отличительными особенностями малых машин являются: производительность – до 1000 MIPS; емкость основной памяти – до 8 Гбайт; емкость дисковой памяти – до 1 Тбайт; число поддерживаемых пользователей – 16–1024.

Все модели мини-компьютеров разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 32-, 64- и 128-разрядных микропроцессоров. Выделяют следующие их особенности:

■ широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения;

■ аппаратная реализация большинства системных функций ввода/вывода информации;

■ простая реализация многопроцессорных и многомашинных систем;

■ высокая скорость обработки прерываний;

■ возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-компьютеров можно отнести модульную архитектуру, лучшее соотношение производительность/цена, повышенную точность вычислений.

  • [1] Вычислительный кластер – это множество компьютеров, соединенных аппаратными и программными средствами, представляемых пользователю как один сервер обработки информации.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >