Лекция II. ТЕХНИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

В результате освоения материалов данной главы студенты должны:

знать

– виды современной компьютерной техники и компьютерных систем;

уметь

– осуществлять сбор, хранение, передачу и обработку данных, необходимых для решения поставленных экономических задач;

– осуществлять выбор технических и программных средств для обработки экономических данных в соответствии с поставленной задачей;

владеть

– навыками работы с компьютером как средством управления информацией.

Виды компьютеров и компьютерных систем

За время, прошедшее с периода появления первых ЭВМ, в развитии вычислительной техники произошли огромные перемены. На место громоздких машин первого поколения на электронных лампах пришли ЭВМ второго поколения на полупроводниковых устройствах. Быстрое развитие микроэлектроники привело к замене отдельных полупроводниковых устройств интегральными схемами (ЭВМ третьего поколения). Постоянное совершенствование микроминиатюрных интегральных электронных элементов, появление больших и сверхбольших интегральных схем дали возможность создания ЭВМ четвертого поколения, к которому можно отнести как современные большие вычислительные машины, так и персональные компьютеры.

Развитие компьютерной техники характеризуется не только совершенствованием электронных устройств, и понятие поколения ЭВМ включает, помимо элементной базы, ряд других характеристик, таких как структурные решения, вычислительные возможности, уровень развития программного обеспечения, область применения и т.д. Удобные габариты и дружественный характер персональных компьютеров способствовали тому, что сейчас нет областей человеческой деятельности, где не используется этот вид вычислительной техники. В то же время находят применение и эффективное использование мощные суперкомпьютеры и вычислительные комплексы.

Высокая сложность и многообразие современных компьютерных систем приводят к тому, что достаточно сложно разделить их на отдельные виды и классы. Всякое деление будет условным, так как компьютеры одного класса могут иметь отдельные параметры, характерные для другого класса. Рассмотрим подход к классификации компьютеров по наиболее важным критериям.

По форме представления информации ЭВМ разделяются на вычислительные машины непрерывного действия (аналоговые ЭВМ), в которых данные представлены в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (например, электрического напряжения), вычислительные машины дискретного действия (цифровые ЭВМ), в которых данные представлены в цифровом виде, и гибридные.

Наибольшее распространение получили цифровые ЭВМ, именно они используются в большинстве случаев при решении экономических задач. При использовании термина "ЭВМ" или "компьютер" чаще всего имеются ввиду цифровые ЭВМ.

По степени универсальности ЭВМ разделяются на универсальные (ЭВМ общего назначения) и специализированные. ЭВМ общего назначения предназначены для решения любых задач обработки данных. Специализированные ЭВМ используются для решения ограниченного круга задач. В зависимости от назначения они могут применяться для управления сложными технологическими процессами или техническими устройствами в военном деле, при управлении летательными аппаратами, на транспорте, могут быть предназначены для обеспечения работы компьютерной сети (серверы), работы с графикой (графические рабочие станции), могут встраиваться в бытовые устройства и т.д.

По способам использования выделяются вычислительные системы коллективного пользования и ЭВМ индивидуального использования. ЭВМ, обеспечивающие коллективное использование вычислительных мощностей, позволяют организовать одновременную работу нескольких пользователей. Они обычно имеют высокую производительность и часто выступают в качестве серверов компьютерных сетей. ЭВМ индивидуального использования предназначены для обеспечения работы одного пользователя в каждый момент времени.

По назначению и функциональным возможностям ЭВМ разделяются на следующие виды.

Супер-ЭВМ – это компьютеры с очень высокой производительностью, способные решать задачи чрезвычайной сложности, требующие крупномасштабных вычислений. Они используются при исследовании структуры ДНК, прогнозировании погоды, моделировании ядерных реакций, управлении сложными военными и космическими объектами и т.п. В состав супер-ЭВМ могут входить со гни процессоров, они имеют большую оперативную память, производительность супер-ЭВМ вычисляется в терафлопс (1 терафлопс равен 1012 операций в секунду).

Первыми супер-ЭВМ принято считать суперкомпьютеры Крея (Сrау-1 – 1976 г.). Вслед за американской фирмой Cray Incorporation к разработке суперкомпьютеров обратился ряд производителей: IBM, Hewlett-Packard, NEC и др. Отечественные мультипроцессорные вычислительные системы MBC-6000IM, МВС-15000ВМ, МВС-100К, предназначенные для решения сложных научно-технических задач, успешно используются не только в России, но и за рубежом.

Суперкомпьютеры обычно имеют уникальную архитектуру, их цена доходит до сотен миллионов долларов. Высокая стоимость наряду с возрастающей потребностью в мощных вычислительных ресурсах привели к развитию кластерных систем. Кластерная система – совокупность ЭВМ, совместно используемых для обеспечения необходимой производительности при решении задач повышенной сложности.

При совместном функционировании даже не очень производительных и, следовательно, нс очень дорогих ЭВМ можно достичь высокой производительности. Благодаря этому кластерные системы заменили дорогостоящие суперкомпьютеры для решения тех сложных задач, которые позволяют разделение па небольшие части и решение каждой из частей на отдельном компьютере с последующим их объединением.

Мейнфрейм – это компьютер высокой или сверхвысокой производительности с большим объемом памяти, который может обеспечить обслуживание большого числа пользователей для выполнения сложной обработки больших объемов данных. В состав мейнфреймов могут входить один или несколько высокопроизводительных процессоров, допускается подключение сотен устройств ввода-вывода. Стоимость этого класса ЭВМ может доходить до десятков и сотен миллионов долларов, производительность в современных моделях достигает миллиардов операций в секунду.

Исторически мейнфреймы (их называли большими ЭВМ или универсальными ЭВМ общего назначения) являются самым старым типом ЭВМ, которые до 1970-х гг. были основными среди используемых видов вычислительной техники. Тогда они имели более низкие характеристики по производительности и объему памяти. Классические мейнфреймы 1960–1970 гг. – семейство IBM 360/370, а также их аналоги отечественного производства – машины семейства ЕС ЭВМ.

Мейнфреймы используются для обслуживания больших компьютерных сетей, баз данных с большим количеством пользователей. Они обеспечивают устойчивое и безопасное выполнение интенсивной обработки данных в сочетании с относительно низкой стоимостью обработки.

В 1980-х гг. считалось, что мейнфреймы постепенно будут вытеснены, с одной стороны, мощными супер-ЭВМ, с другой – компьютерными сетями на базе мини-ЭВМ. Однако наблюдавшееся ранее сокращение мейнфреймов прекратилось в начале XXI в., и сейчас преобладает мнение, что этот тип машин будет и далее использоваться нс менее активно.

Мейнфреймы производятся известными компаниями IBM, Amdahl, Hitachi, Fujitsu и др. Наибольший вклад в их развитие внесла фирма IBM. Современные модели IBM – семейства IBM System z9, IBM System z10 (буква "z" означает нулевое время простоя компьютера – "zero down time").

Мини-ЭВМ – это компьютер высокой или сверхвысокой производительности, предназначенный для управления компьютерными сетями или решения задач высокой сложности при индивидуальном использовании. В состав мини-ЭВМ могут входить один или несколько высокопроизводительных процессоров, обычно они допускают подключение меньшего, чем мейнфреймы, числа внешних устройств. Стоимость мини-ЭВМ в зависимости от назначения может составлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов долларов, производительность наиболее мощных моделей доходит до сотен миллионов операций в секунду.

Исторически мини-ЭВМ появились в 1960-х гг. и были предназначены для автоматизации управления производственными процессами. Первой считается мини-ЭВМ PDP-5, разработанная фирмой DEC для управления ядерным реактором.

В названии этого класса машин "мини" означает не маленькая, а ограниченная по вычислительным возможностям (урезанный набор команд, упрощенная архитектура). Для многих областей применения возможности мейнфреймов оказались избыточными, и появление более дешевых, но достаточно удобных в эксплуатации компьютеров обусловило высокий спрос на мини-ЭВМ, что привело к развитию их вычислительных возможностей. В результате сфера применения мини-ЭВМ расширилась и перешла из области управления в область обычных вычислительных работ.

Мини-ЭВМ применяются предприятиями и научными учреждениями, часто используются как серверы больших и средних сетей, а также в качестве высокопроизводительных рабочих станций при решении сложных инженерных задач (автоматизированное проектирование), научных и экономических задач, требующих большого объема вычислений.

Основными производителями этого класса машин являются фирмы Sun, DEC, IBM, Silicon Graphics, Hewlett Packard и др. В СССР был натажен выпуск аналогов мини-ЭВМ фирмы DEC – семейство малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

Микро-ЭВМ – это компьютеры ординарной производительности на основе одного или нескольких микропроцессоров. К этому классу относятся персональные ЭВМ, которые широко используются в научной и производственной сферах, в профессиональной работе специалистов самых разных областей деятельности, в быту, для развлечений.

Термин "персональный" указывает на то, что компьютер может обслуживаться и автономно использоваться одним человеком. В то же время персональные компьютеры часто применяются в относительно небольших компьютерных сетях в качестве сетевых серверов. В настоящее время персональные компьютеры (ПК) производятся в миллионах экземпляров и являются наиболее широко используемым видом ЭВМ.

Рынок ПК по технологической и программной совместимости делится на так называемые IBM-совместимые и Macintosh-совместимые ПК. Более 90% рынка ПК приходится на IBM-совместимые ПК, которые производятся большим количеством фирм во всем мире (IBM, Hewlett Packard, Dell и др.). Огромная популярность этих компьютеров объясняется использованием в них так называемой открытой архитектуры (совокупности общепринятых стандартов организации взаимодействия устройств компьютера, позволяющей собирать их из готовых комплектующих, произведенных различными производителями). Macintosh-совместимые ПК (компьютеры фирмы Apple Computer) занимают существенно меньший сегмент рынка и находят применение в образовании, издательском деле, дизайне, музыкальной индустрии.

Фирмами Microsoft и Intel был разработан стандарт – спецификация PC 99, – содержащий рекомендации по составу и характеристикам компонентов ПК. Согласно этому стандарту выделяются следующие типы ПК:

• пользовательский компьютер (Consumer PC) используется автономно и может подключаться к открытым компьютерным сетям;

• офисный компьютер (Office PC) может работать в составе локальной компьютерной сети;

• мобильный компьютер (Mobile PC) может работать от автономного источника питания;

• рабочая станция (Workstation PC) используется для решения задач с большим объемом вычисления, она более мощная по вычислительным возможностям по сравнению с Consumer PC и Office PC;

• игровой компьютер (Entertainment PC) используется для компьютерных игр, обработки аудио- и видеоинформации.

Позднее была разработана спецификация PC 2001, в которой собраны конкретные требования к составу и характеристикам компонентов ПК. В ней, кроме общих типов ПК, выделяются рабочие станции и мобильные компьютеры.

Еще один тип ПК – сетевые компьютеры. Это ЭВМ, которые могут использоваться только в компьютерной сети, так как не имеют внешней памяти, и все программы и данные для работы на них хранятся на сетевом сервере. Такие ПК дешевле, их легче администрировать, но вне сети работа на них невозможна.

Наиболее часто используется разделение ПК на стационарные и портативные. Стационарные, или настольные, ПК располагаются на столах, поэтому их называют десктопами (от англ. desktop – настольный). Они предназначены для использования в условиях подключения к стационарной электрической сети.

Портативные ПК могут использоваться как при стационарном, так и при автономном электропитании, поэтому находят применение при работе вне дома или офиса. Они делятся на переносные и карманные. Переносные ПК называли лэптопами (laptop – лежащий на коленях), позднее стали называть ноутбуками (notebook – блокнотный компьютер). Ноутбуки имеют небольшие размеры (легко помещаются в портфель) и малый вес. Разновидностью этого класса являются субноутбуки (subnotebook), обладающие еще меньшими размером и весом (порядка одного килограмма), которые постепенно вытесняются появившимися несколько лет назад нетбуками (обладают меньшими габаритами, удобны для работы с Интернетом вне дома, имеют более низкую цену) и ультрабуками (ультратонкие субноутбуки, большей вычислительной мощности и более дорогие, чем нетбуки).

Карманные портативные компьютеры имеют совсем малый размер (могут размещаться на ладони), в связи с чем их называют наладонными (от англ. palmtop – лежащий на ладони). Они позволяют выполнять многие виды обработки информации (текстовой, табличной, графической и др.), но все программы записаны в постоянной памяти и установить новые программы на большинстве моделей невозможно. Карманные ПК разделяются па клавиатурные (Hand Held PC) и бесклавиатурные (Palm Top PC).

В начале 2000-х гг. были выпущены устройства, объединяющие функции карманного ПК и мобильного телефона, называемые смартфонами. Они позволяют обрабатывать текстовую, табличную, графическую информацию, звонить по телефону, работать с Интернетом.

В последние годы появились так называемые планшетные компьютеры, получившие свое название благодаря общему свойству: все они имеют сенсорный экран, который используется для ввода информации. По конструктивному признаку их можно разделить на чистые планшетники (Tablet PC), не имеющие клавиатуры, и планшетные ноутбуки, или нoymбуки-трансформеры. Последние похожи па субноутбуки, но снабжены специальным креплением с разворотным механизмом, позволяющим развернуть и положить дисплей на клавиатуру.

Перечисленные виды планшетных ПК из-за достаточно высокой цены и ограниченных возможностей не находили большого распространения. Выпущенные фирмой Apple в 2007 г. смартфон iPhone и в 2010 г. планшетный компьютер iPad, в котором удачно сочетаются функциональные и эргономические характеристики, существенно повысили интерес к таким устройствам.