1.3. Классификация ЭВМ
1.3.1. Классификация ЭВМ по назначению
По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.
Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных видов задач: научных, инженерно-технических, экономических, информационных, управленческих и др. В качестве универсальных ЭВМ используются различные типы компьютеров, начиная от суперЭВМ и кончая персональными ЭВМ. Причем одни универсальные ЭВМ могут работать в многопользовательском режиме (в вычислительных центрах коллективного пользования, в локальных компьютерных сетях и т.д.), другие – в однопользовательском режиме.
Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, автоматизированным проектированием, разведкой и добычей нефти, банковским делом, издательской деятельностью и т.д.
Специализированные ЭВМ используются для решения еще более узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, во многих случаях существенно снизить их сложность
и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.
1.3.2. Классификация ЭВМ по функциональным возможностям
По функциональным возможностям и размерам ЭВМ можно разделить на суперЭВМ, большие и микроЭВМ.
Функциональные возможности ЭВМ обусловливаются основными технико-эксплуатационными характеристиками.
Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.
Большие ЭВМ
Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). Мэйнфрейм – это высокопроизводительная вычислительная система с большим объемом оперативной и внешней памяти, поддерживающая многопользовательский и многозадачный режимы работы.
Особенности и характеристики современных мэйнфреймов
К ним относятся:
1. Высокая надежность (среднее время наработки на отказ оценивается в 12–15 лет) – результат почти 50-летнего совершенствования мэйнфреймов.
2. Повышенная устойчивость систем. Мэйнфреймы могут обнаруживать, исправлять и изолировать большинство аппаратных и программных ошибок.
3. Целостность данных. В мэйнфреймах используется память с исправлением ошибок.
4. Рабочая нагрузка мэйнфреймов может составлять 80–95 % от их пиковой производительности.
5. Высокая пропускная способность подсистемы ввода/вывода (канальная архитектура).
6. Масштабирование может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается наращиванием до 64 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное – реализуется объединением компьютеров в многомашинный (до 32 машин) кластер, выглядящий, с точки зрения пользователя, единым компьютером.
7. Доступ к данным. При централизованной обработке информации данные хранятся на одном компьютере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников (как при распределенной обработке), не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Все это ведет к снижению стоимости и повышению эффективности обработки.
8. Защита. Встроенные аппаратные и программные средства защиты, такие как криптографические устройства, программные продукты защиты операционных систем, обеспечивают совершенную защиту информации.
9. Непрекращающаяся совместимость – до сих пор в мэйнфреймах используются приложения, написанные в 70-е гг. Историю полупроводниковых мэйнфреймов принято отсчитывать с появления в 1964 г. универсальной компьютерной системы IBM System/360. За последние десятилетия мэйнфреймам неоднократно предрекали скорую кончину, однако время доказало, что сбить с ног этих «старожилов» не так-то просто.
Централизованная архитектура остается востребованной, несмотря на преобладание в современном крупном бизнесе распределенных вычислительных систем. Сторонники мэйнфреймов утверждают, что такая архитектура обеспечивает нормальное функционирование системы при 100%-й нагрузке процессоров, тогда как производительность стандартных серверов ощутимо снижается уже при 65%-й нагрузке.
За долгие годы существования мэйнфреймов для них было разработано великое множество прикладного программного обеспечения, однако лучшим доказательством заинтересованности рынка является разработка и выпуск новых моделей этого класса.
До сегодняшнего дня бесспорным лидером в производстве мэйнфреймов является корпорация IBM, начиная от серии System/360, затем 370, 390 и до серии z Series. Первые мэйнфреймы этой серии были z800, 890, 900, 990. В 2005 г. IBM объявила о выпуске новых машин z Series семейства «Z». Очень удачным экземпляром этого семейства была машина z9, которая эксплуатируется до сих пор. В 2008 г. компания IBM выпустила в свет мэйнфрейм System z10 Enterprise Class, представляющий собой 64-процессорную систему, в которой установлены новые процессоры с четырьмя ядрами и частотой 4,4 ГГц. Мэйнфрейм System z10 поддерживает операционные системы z/OS, z/OSe, z/VM, z/VSE, Linux и может обслуживать от сотен до миллионов пользователей в зависимости от приложений.
Основными направлениями эффективного применения мэйнфреймов являются пакетная обработка заданий (когда компьютер выполняет работу без участия человека) и обработка заданий в реальном времени (On-line), например транзакционные системы, такие как система приобретения железнодорожных билетов, система оплаты по кредитной карте и т.п.
В последние годы наметился повышенный интерес крупного бизнеса к мэйнфреймам как центрам IT-инфраструктуры. Практика подтверждает: почти все мировые банки из списка Fortune Top 25 используют System z для обработки данных.
По мнению разработчиков, оптимальной моделью применения System z10 является центр обработки данных (ЦОД).
СуперЭВМ
СуперЭВМ – мощные, высокоскоростные вычислительные машины (системы) с производительностью от десятков триллионов (GFLOPS) до нескольких квадриллионов (PFLOPS) операций с плавающей запятой в секунду. СуперЭВМ выгодно отличаются от больших универсальных ЭВМ по быстродействию числовой обработки, а от специализированных машин, обладающих высоким быстродействием в сугубо ограниченных областях, – возможностью решения широкого класса задач с числовыми расчетами.
В настоящее время развитие суперкомпьютеров идет по следующим направлениям: векторно-конвейерные компьютеры, параллельные компьютеры с общей памятью, массивно-параллельные системы с распределенной памятью, кластерные системы.
В 2009 г. был преодолен порог производительности суперкомпьютеров в 1 PFLOPS (1015 FLOPS). На сегодняшний день в мире насчитывается уже достаточно большое количество суперкомпьютеров, начиная от простых (офисных и персональных) и кончая мощными массивно-параллельными и кластерными системами.
Два раза в год формируется официальный список пятисот самых мощных суперкомпьютеров мира – Top500. В мае 2010 г. список Top500 возглавила система Jaguar – Cray XT5-HE, показавшая максимальную производительность на тесте Linpack в 1,759 PFLOPS (пиковая производительность – 2,331 PFLOPS), созданная старейшей американской суперкомпьютерной фирмой Cray Inc. Эта система разработана на шестиядерных процессорах AMD Opteron и содержит 224160 ядер, энергопотребление – 6950,6 киловатт. На втором месте впервые оказалась китайская система Nebulae компании Dawning с производительностью на тесте Linpack 1,27 PFLOPS. По показателю пиковой производительности Nebulae весьма серьезно вырвалась вперед (2,98 PFLOPS), использовав при этом почти в два раза меньше вычислительных ядер (120640). Есть основания полагать, что если китайцы озаботятся более тонкой настройкой своего кластера под Linpack, то уже в следующей редакции рейтинга пальма первенства перейдет именно к ним. Замыкает тройку лидеров кластер IBM Roadrummer, созданный на блэйд-серверах Blade Center QS22 и процессорах Power X Cell 8i, с максимальной производительностью 1,042 PFLOPS (пиковая производительность 1,375 PFLOPS), энергопотреблением – 2345 киловатт.
Большая часть систем (196), представленных в рейтинге, произведена компанией IBM, обогнавшей HP с ее 186 машинами. Среди производителей процессоров безоговорочно лидирует Intel, микропроцессоры этой компании использованы в 414 системах (83 %). А в качестве операционной системы производители традиционно предпочитают задействовать Linux (455 суперкомпьютеров).
В общенациональном зачете первенство остается за США – 282 системы. Далее следует Великобритания с 38-ю машинами, на третьем месте Франция с 27-ю кластерами, а вот четвертое и пятое места делят Германия и Китай – по 24 системы. Россия, представленная в списке 11-ю машинами, занимает седьмое место вслед за Японией с ее 18-ю системами. Наша страна в Top 500 отметилась сразу пятью новичками, однако первенство среди российских кластеров осталось за уже известным суперкомпьютером «Ломоносов» из научно-исследовательского центра МГУ, чья производительность по Linpack составляет 350,1 TFLOPS (13-я позиция в рейтинге). Создан этот суперкомпьютер российской компанией
«Т-Платформ».
В качестве примера персонального суперкомпьютера можно привести вычислительную систему Octane III, представленную компанией SGI осенью 2009 г. Она построена на базе четырехъядерных процессоров Intel Xeon 5500. В настольном корпусе Octane III размещается до 10 вычислительных узлов с 20 процессорами и почти 1 терабайт суммарной емкости оперативной памяти. Как утверждает SGI, новый суперкомпьютер работает очень тихо и поэтому его можно разместить даже на рабочем столе пользователя.
В каких рыночных нишах востребованы суперкомпьютеры? Прежде всего это проектирование самолетов и ракет, создание лекарств, предсказание погоды и природных катаклизмов, повышение эффективности электростанций и надежности автомобилей (преимущественно путем моделирования их столкновений) и фундаментальные научные исследования.
МикроЭВМ
МикроЭВМ по назначению можно разделить на серверы, рабочие станции, персональные компьютеры, встраиваемые и промышленные микроЭВМ (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Классификация микро-ЭВМ
Серверы
В настоящее время уже редко встретишь офис или предприятие, в котором бы не использовалась компьютерная сеть, время разрозненных персональных компьютеров давно ушло. Однако нагрузка, т.е. уровень сетевого трафика, на различные узлы в сети никогда не бывает равномерно распределенной – на пользовательских компьютерах она всегда меньше, чем на компьютерах, выполняющих служебные функции в сети, серверах (от англ. «serve» – служить).
Примером таких функций может быть хранение файлов и обеспечение доступа к ним пользователей (клиентов), маршрутизация потоков данных, управление печатью сетевого принтера, обработка писем электронной почты, рассылка факсов и т.д. Серверами также называются программы, выполняющие эти функции. Ниже под термином «сервер» будет пониматься в первую очередь аппаратное решение.
По функциональному назначению серверы можно подразделить (рис. 1.8) на файл-серверы, серверы приложений (чаще всего используются для баз данных и поддержки документооборота), FTP-серверы (для удаленного доступа к данным через Internet), серверы внешних устройств (печати, сканирования, факсимильной связи) и Web-серверы.
Рис. 1.8. Классификация серверов по функциональному назначению
Крупные и мелкие предприятия и офисы обладают вычислительными сетями различной мощности. Кроме того, существуют разные требования к функциям, выполняемым компьютерной сетью, если одной организации достаточно иметь один файловый сервер, то для другой требуется полный спектр Internet-сервисов, таких как обеспечение получения и отправки электронной почты для всех сотрудников, хостинг (возможность размещения) Web-сайта или FTP-файлового архива. Поэтому не существует «универсального» сервера, способного выполнять любые, совершенно различные задачи одинаково быстро и эффективно.
По функциональным возможностям (мощности) серверы разделяют на серверы начального, среднего и корпоративного уровней. На каждом уровне используются свои способы организации серверов. Для небольшой сети (в рамках рабочих групп – 50 и менее пользователей) функции сервера могут быть возложены на мощный настольный персональный компьютер. Для среднего уровня (50–200 клиентов и малых серверов) могут быть использованы мощные рабочие станции, а для корпоративного (200 и более пользователей) – мэйнфреймы. Кроме того, для каждого уровня иерархии разрабатываются и применяются компьютеры со специальной серверной организацией.
В серверах начального уровня используются до 8 ядер, среднего уровня – до 16 ядер, корпоративного уровня – до 128 ядер.
Приведенные классификации весьма условны, потому что в рамках любой серии серверов постоянно появляются модели большей мощности благодаря наращиванию ресурсов и модернизации конфигурации, причем различия внутри одной линейки компьютеров могут быть существенны.
Основными требованиями при проектировании серверов являются:
большая мощность для обеспечения нормальной работы всех запускаемых приложений;
масштабируемость, необходимая при увеличении компьютерной сети предприятия или круга задач, решаемых сервером;
отказоустойчивость для обеспечения надежной работы всех выполняемых программ и сервисов;
удобный доступ к его компонентам с возможностью оперативной или даже «горячей» (автоматической) замены, что очень важно в случае необходимости бесперебойной работы системы.
Сервер начального уровня может собрать хорошо разбирающийся в вычислительной технике человек, но наиболее надежные и сбалансированные системы выпускаются brand-name компаниями, специализирующимися на производстве серверов. Компоненты этих систем обычно хорошо подобраны друг с другом, что увеличивает эффективность их использования.
Для реализации серверов используются процессоры с архитектурами х86 (CISC), IA-64 (EPIC) и RISC (табл. 1.2). В качестве основной операционной системы (ОС) может выступать Windows-подобная или Unix-подобная ОС (Unix-серверы).
Таблица 1.2
Перечень моделей серверов различных архитектур
Корпо-рация
|
Наименование модели
и конструкция
|
Микро-архитектура
|
Тип и количество
ядер процессора
|
Кол-во процес-соров
|
Начальный уровень
|
HP
|
Proliant DL Х70, G6 –стоечные, 6-е поколение
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5Х00,
2-, 4-ядерные
|
1, 2
|
HP
|
Proliant ML Х70, G6 –
башенные, 6-е поколение
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5Х00,
2-, 4-ядерные
|
1, 2
|
НР
|
Integrity
rx 1620, rx 2620
|
IA-64,
EPIC
|
Itanium 2,
2-ядерные
|
1, 2
|
HP
|
Integrity
rx 3600, 4600, 6600
|
IA-64,
EPIC
|
Itanium 2,
2-ядерные
|
до 4
|
IBM
|
IBM System x 3x50 –
стоечные
|
х86, Intel,
Nehalem
|
Intel Xeon,
2-, 4-ядерные
|
1, 2
|
IBM
|
IBM System x 3455 –
стоечные
|
х86, AMD
К10
|
AMD Opteron,
4-ядерные
|
2
|
IBM
|
eServerx3400, 3500, 3800 – башенные
|
х86,
Intel Core
|
Intel Xeon,
2-ядерные
|
2, 4
|
DELL
|
Power Edge R310, 410, 610, 710 – стоечные
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5500,
4-ядерные
|
1, 2
|
DELL
|
Power Edge Т210, 410, 510, 610 – башенные
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5500,
4-ядерные
|
1, 2
|
Sun,
Fujitsy
|
Sparc Enterprise T 5140 – башенные
|
RISC,
SPARC
|
Ultra Sparc T2 Plus,
8-ядерные
|
1
|
Sun
|
Sun Fire X4170, 4270 –
стоечные
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5500,
4-ядерные
|
2
|
Lenovo
|
Think Server TS100 –
башенные
|
x86,
Intel Core
|
Intel Core 2 Duo, Xeon3000, 2-ядерные
|
1
|
Lenovo
|
Think Server RS110 –
стоечные
|
x86,
Intel Core
|
Intel Core 2 Duo, Xeon3000, 2-ядерные
|
1
|
Lenovo
|
Think Server TD100 –
башенные
|
х86,
Intel Core
|
Intel Xeon3000, 5000,
2-ядерные
|
2
|
Lenovo
|
Think Server RD120 –
стоечные
|
х86,
Intel Core
|
Intel Xeon3000, 5000,
2-ядерные
|
2
|
FTS (FSC)
|
Primergy TX300, TX200 S5 – башенные, 5-е поколение
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5500,
4-ядерные
|
2
|
FTS (FSC)
|
Primergy PX200, PX300 S5 – стоечные, 5-е поколение
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5500,
4-ядерные
|
2
|
Окончание табл. 1.2
Корпо-рация
|
Наименование модели
и конструкция
|
Микро-архитектура
|
Тип и количество
ядер процессора
|
Кол-во процес-соров
|
Средний уровень
|
HP
|
Integrity
rx 7620, 7640
|
IA-64,
EPIC
|
Itanium 2,
1-, 2-ядерные
|
8, 16
|
IBM
|
IBM System x 3755 –стоечные
|
х86, AMD
К10
|
AMD Opteron,
4-ядерные
|
4
|
IBM
|
IBM Power 550 Express
|
RISC, POWER
|
IBM Power,
6-, 2-ядерные
|
8
|
Sun, Fujitsy
|
Sparc Enterprise T 5240 – башенные
|
RISC,
SPARC
|
Ultra Sparc T2 Plus,
8-ядерные
|
2
|
Корпоративный уровень
|
HP
|
Integrity Superdome
|
IA-64,
EPIC
|
Intel Itanium 2,
1-, 2-ядерные
|
до 64
|
HP
|
Integrity
8620,
8640
|
IA-64,
EPIC
|
Intel Itanium 2,
2-ядерные
1-ядерные
|
до 16;
до 32
|
HP
|
бескорпусные серверы
ProLiant 2x170z G6
|
х86, Intel
Nehalem
|
Intel Xeon 5400, 5500,
4-ядерные
|
8
|
НР
|
ProLiant DL 785 G6 –
стоечные
|
х86, AMD
K11
|
AMD Opteron,
6-ядерные
|
8
|
IBM
|
IBM System x 3950
|
х86
|
Intel Xeon,
2-, 4-ядерные
|
32
|
IBM
|
IBM Power 595
|
RISC,
POWER
|
IBM Power6,
2-ядерные
|
до 32
|
IBM
|
eServer x460
|
х86 Intel
Core
|
Intel Xeon,
1-, 2-ядерные
|
до 32
|
Sun
|
Sun Fire X4600,
X4640 – стоечные
|
х86 AMD
K10, K11
|
AMD Opteron,
4-, 6-ядерные
|
8
|
Sun,
Fujitsy
|
Sparc Enterprise
T 5440 – башенные
|
RISC,
SPARC
|
Ultra Sparc T2 Plus,
8-ядерные
|
4
|
В последние годы большой популярностью пользуется операционная система Linux с открытым исходным кодом, которая была создана в 1991 г. в качестве версии Unix-подобной системы для ПК. Настоящий успех пришел к системе при ее использовании не на настольных ПК, а на серверах. Этому способствует мощная поддержка «китов индустрии» (IBM, HP, Dell, Sun), вкладывающих в развитие бесплатной ОС огромные средства.
Самыми крупными производителями серверов на мировом рынке являются корпорации Hewlett-Packard (HP), IBM, Fujitsu, Sun Microsystems, Dell. C 1 апреля 2009 г. компания Fujitsu Siemens Computer (FSC) перешла в полную собственность японского концерна Fujitsu Group и была преобразована в Fujitsu Technology Solutions (FTS). Каждая из этих компаний производит одновременно выпуск около 10–20 различных моделей, рассчитанных на разные сегменты рынка. Модельный ряд каждой из компаний имеет свое название. В табл. 1.2 приведены примеры моделей серверов различных архитектур.
По объему продаж серверов всех классов по итогам первого квартала 2010 г. первое место заняла корпорация HP (32,5 % рынка), второе – IBM (27,5 %), третье – Dell (16,3 %), четвертое – Sun (6,6 %), пятое – Fujitsu (6,5 %), остальные составили 10,6 %.
Для оценки производительности серверов используется тест TPC-C, разработанный фирмой Transaction Processing Perfomance Council (TPC), с помощью которого подсчитывается количество транзакций (взаимодействий между узлами компьютерной сети по принципу запрос–ответ) в минуту (tpm C) и удельная стоимость ($/tpm C) транзакций.
В конце 2009 г. корпорация Oracle объявила о новом мировой рекорде производительности в 7,7 млн транзакций в минуту при удельной стоимости транзакций 2,34 $/tpm C, который установила СУБД Oracle Data base11g на сервере Sun SPARC Enterprise T5440, управляемом операционной системой Sun Solaris.
По прогнозам аналитиков к 2012 г. около четверти серверов будут использоваться в рамках «вычислительных облаков». Термин «облачные вычисления» (cloud computing – CC), ставший модным в последнее время, зародился еще в 1960 г., но обрел актуальность только с лавинообразным развитием Интернета, – в частности, вместе с ростом скоростей и эволюцией браузеров. Облачные вычисления – технология обработки данных, в которой компьютерные ресурсы и мощности предоставляются пользователю как Интернет-сервис. Вся работа с данными происходит на удаленном сервере, а компьютер-клиент лишь интерактивно общается с «облачной фермой», получая от нее картинку. Рядовой пример простого СС – любая веб-почта. В сеть Интернет перебираются приложения, которые раньше представлялись в виде здоровенных программ, продававшихся на DVD: текстовые редакторы, электронные таблицы, графические пакеты, игры и т.д.
По мере того, как компании станут все шире использовать такие модели вычислений, как «облака», будет расти спрос на микросерверы – малогабаритные серверы с малым потреблением энергии и невысокой ценой. В качестве примера архитектуры микросервера можно привести анонсированный в августе 2009 г. компанией SGI продукт Cloud Rack X2.
Новый класс устройств – миниатюрные домашние серверы – становится обыденным явлением не только дома, но и в офисах малых и мобильных компаний. В настоящий момент на рынке можно найти около полудюжины производителей, предлагающих портативные и не очень дорогие домашние серверы для мобильных пользователей. Основное их отличие – возможность быстрого перемещения вслед за «летучей» рабочей группой или домашним офисом. Поскольку все взаимодействия с ними обеспечиваются по беспроводной связи, то их применение экономит пользователям много времени и средств, которые бы они раньше потратили на прокладку линий связи. Домашний сервер берет на себя организацию передачи различных типов информации внутри небольшой локальной компьютерной сети. В качестве примера таких устройств можно привести несколько модификаций Acer Aspire easy Store, HP Media Smart Server LX 195, Lenovo Idea Center D 400 и др.
По конструктивному исполнению серверы могут быть башенными, стоечными и блейд-серверами («лезвиями»).
|
