В современном мире, который нас окружает, имеется множество электронных вычислительных машин выполняющих различные задачи. Эти вычислительные машины, проще говоря, компьютеры, отличаются друг от друга различными параметрами. Например, скоростью вычисления, размером, объемом, областью применения и др. Даже выполняя одну и туже задачу компьютеры разного года выпуска будут, имеет отличия друг от друга не только в массогабаритных показателях, но и во времени выполнения задачи. Весь перечень разновидностей, отличий друг от друга обусловлен историей развития вычислительной электронной техники. Не будем сейчас рассматривать и расписывать историю развития электроники по поколениям, просто скажем, что она есть, для дальнейшего понимания этого будет достаточно.
Итак, из вышесказанного мы должны уяснить, что процесс развития компьютеров развивался стремительно и имеет большое количество различий и градаций. Вот мы и подошли к тому, чтобы узнать, что такое типы компьютеров. Компьютерная промышленность продолжает свое развитие, создавая широкий спектр разнообразных компьютеров. В обществе принято разделять и квалифицировать компьютеры и вычислительные машины по ряду признаков. Вот один из приблизительных вариантов классификации типов компьютеров и вычислительных машин:
— одноразовые компьютеры;
— встроенные компьютеры (микроконтроллеры);
— мобильные и игровые компьютеры;
— персональные компьютеры;
— серверы;
— мэйнфреймы.
Одноразовые компьютеры
Наверное, все видели в магазинах поздравительные открытки с музыкальным сопровождением? Это микросхема, которая приклеивается на внутреннюю сторону поздравительной открытки и при открытии воспроизводит какую либо мелодию. Одноразовые вычислительные машины или компьютеры окружают нас везде. Наиболее отличительным достижением в этой области стало создание микросхем RFID (Radio Frequency Identification – радиочастотная идентификация). На без батарейных микросхемах такого типа толщиной меньше 0,5 мм и низкой себестоимостью устанавливаются крошечные приемопередающие устройства радиосигналов, а также им могут присваиваться уникальные 128-разрядные идентификаторы. При получении импульса с внешней антенны микросхема получает кратковременное питание достаточное и необходимое для излучения, передачи ответного импульса со своим номером. Несмотря на маленькие, крошечные размеры, область практического применения таких микросхем, вычислительных машин весьма обширна. Технология RFID стремительно развивается и постоянно совершенствуется. Различают два типа микросхем, самые маленькие из них пассивные (не имеют аккумуляторную батарею у себя внутри) в связи с этим их возможности ограничены передачей уникального номера по внешнему запросу и вторые более крупные микросхемы RFID активные, которые внутри себя содержат источник питания и элементарный компьютер, что в свою очередь позволяет им выполнять определенный набор вычислений. Также микросхемы имеют различия по применяемому радиочастотному диапазону. Чем меньше частота тем меньше скорость передачи информации, но на большее расстояние по сравнению с микросхемами работающими на высоких частотах, которые характеризуются высокой скоростью передачи и значительным ограниченным радиусом действия.
Микроконтроллеры
Это компьютеры, которые встраиваются в различные устройства, как правило, в бытовые. Основная их задача это управление устройствами и обеспечение их взаимодействия с пользовательским интерфейсом, ну чтобы компьютер понимал что ему необходимо выполнить при различных действиях оператора. По сути он переводит действия оператора, человека в машинный язык, команды понятные компьютеру. Также в общепринято называть микроконтроллеры микрокомпьютерами. Количество устройств, работающих во взаимодействии с микрокомпьютерами имеет огромный диапазон:
— бытовая техника (часы, холодильники и морозильные камеры, посудомоечные машины, микроволновые печи, пожарные и охранные сигнализации);
— коммуникаторы (электронные планшеты, сотовые телефоны, электронные книги);
— периферийные устройства (МФУ – многофункциональные устройства, роутеры, маршрутизаторы);
— электронная техника (музыкальные центры, телевизоры, цифровые фотоаппараты);
— медицинское оборудование (томографы, рентгенографические сканеры, аппараты УЗИ);
— военные комплексы;
— игрушки;
— оборудование для торговли.
В настоящее время в любом автомобиле есть микроконтроллеры, задачей которых является управление различными системами: автоблокировка колес; анти-пробуксовка; подача топлива; освещение; управление автомагнитолой. В самолетах микроконтроллеров на порядок больше. Даже дома нас окружают вещи, имеющие в своем составе микрокомпьютеры, которые мы не замечаем. Постоянный рост развития технологий в скором будущем приведет нас к тому, что все устройства, работающие на источниках электропитания, будут оснащаться микроконтроллерами.
Если микросхема RFID имеет минимальный набор функций, то микрокомпьютер, хоть и небольших размеров, но представляет полноценное вычислительное устройство. Любой микроконтроллер включает в себя процессор, память и средства ввода вывода. Как правило, производитель при производстве микроконтроллеров размещает программное обеспечение в виде постоянной памяти. Все микроконтроллеры делятся на два типа: универсальные (стандартный компьютер маленьких размеров) и специализированные (со своим специальным программным обеспечением и набором специализированных команд). Производителями выпускаются 4-, 8-, 16- и 32 – разрядные микроконтроллеры.
Широкое распространение и большой спрос микроконтроллеров вызваны их дешевизной.
Мобильные и игровые компьютеры
Это компьютеры, которые предназначены для решения отдельных ограниченных по своей функциональности задач, в связи с этим их функциональные параметры сбалансированы друг с другом и не имеют возможности расширения параметров производительности. Что это все значит?
Самым простым примером может служить игровая приставка. Изначально в эту категорию входили компьютеры с процессором низших моделей (слабыми процессорами) игры типа «Тетрис», «Ну погоди» и др., задача которых сводилась к выводу изображения на экран. Со временем такие платформы стали достаточно мощными системами, некоторые можно даже сравнить с персональными компьютерами.
Для простого понимания возьмем для рассмотрения игровую приставку Sony PlayStation. В ней производитель разместил многоядерный специализированный процессор, небольшой объем памяти 512 Мбайт, графический контроллер Nvidia с частотой 550 МГц и проигрыватель Blu-ray. Как мы видим параметры не максимальные и даже не средние, но этого хватает для того чтобы играть в игры с достойным качеством и без торможения. Такая система является закрытой – законченной, без возможности расширения производительности, то есть наличия сменных плат. Такие ограничения позволяют продавать игровые приставки по более низким ценам по сравнению с персональными компьютерами и популярность таких приставок в настоящее время растет.
Что касается мобильных компьютеров, то на них накладываются дополнительные ограничения. Одним из самых важных ограничений является потребляемая мощность, что создает производителю не мало проблем при проектировании мобильных платформ. Связано это с тем, что мобильные компьютеры (они же мобильные платформы – планшеты и смартфоны) должны как можно меньше и экономней расходовать имеющуюся энергию, однако в то же время должны обеспечивать выполнение высокопроизводительных функций (обработка и вывод качественного изображения на экран с высоким разрешением).
Персональные компьютеры
Именно эти электронно-вычислительные машины у многих людей ассоциируются с понятием компьютер в том представлении, которое мы знаем. Персональные компьютеры принято разделять на две категории: настольные (стационарные) и портативные (переносные). Эти компьютеры, как правило, включают в себя модули оперативной памяти в несколько гигабайт, жесткие диски объемом памяти несколько терабайт, приводом для чтения и записи лазерных дисков, звуковой картой, сетевыми интерфейсами и монитором. При необходимости имеется возможность подключения других различных периферийных устройств. На персональном компьютере присутствует возможность установки различных операционных систем с поддержкой работы широкого спектра разного программного обеспечения. Одним из достоинств персонального компьютера является возможность его модернизации, улучшения, совершенствования путем расширения его параметров или характеристик. Улучшение осуществляется путем замены имеющихся компонентов или добавлением новых плат или устройств к существующей конфигурации. Это возможно благодаря наличию одного из важных компонентов компьютера центральной платы, ее еще называют материнской платой. Именно с ее помощью осуществляется взаимодействие всех устройств. В портативном компьютере (ноутбуке) все те же самые компоненты и устройства, что и в настольном только меньших размеров.
Серверы
Отдельно выделенная ветка электронно-вычислительных машин представляющих собой то же, что и персональный компьютер, но с более мощными характеристиками и параметрами. Также их еще называют рабочими станциями. Используют такие компьютеры обычно в качестве сетевых серверов, как в локальной сети, так и в Интернете их используют, как правило, для предоставления различных сетевых услуг большому числу пользователей, для этого в них устанавливают память объемом до нескольких гигабайтов, жесткие диски до нескольких терабайт, а также высокоскоростные сетевые интерфейсы (сетевые карты). Такие серверы могут обрабатывать тысячи соединений в секунду. Такие компьютеры работают намного быстрее по сравнению с персональными компьютерами, занимают больше места и обеспечивают высокоскоростные сетевые соединения. На серверы, так же как и на персональные компьютеры устанавливают операционные системы UNIX и Windows, только видоизмененные для выполнения задач по обслуживанию большего числа пользователей.
В связи со стремительным развитием компьютерной индустрии и постоянным ростом в доступе пользователей к сетевым ресурсам появилась необходимость и в увеличении производительной мощности серверов. Выходом из сложившейся ситуации послужило создание кластеров.
Кластеры это объединенные между собой серверы со специальным программным обеспечением ресурсы, которых направлены для решения одной общей задачи. Размер кластера определяется его компонентами. Как правило, это стойка в виде шкафа способная разместить у себя внутри несколько обычных компьютеров выполняющих функции серверов. Большие кластеры во многих случаях располагаются в специальных помещениях или зданиях, называемых центрами обработки данных. Объемы и размеры центров различны и могут в себя включать до сотен тысяч и более вычислительных машин. В настоящее время ценовая политика комплектующих достаточно низкая, поэтому даже небольшие организации могут себе позволить приобретение кластеров для внутреннего использования. «Кластер» и «центр обработки данных» схожие по смыслу термины, но есть существенное различие. Первое это объединенные между собой серверы или электронно-вычислительные машины, а второе это помещения или здание где они располагаются.
Также кластеры используются для создания web-серверов. Если к страницам веб-сайта осуществляется большое количество обращений в секунду, то самым простым решением является создание кластера из нескольких сотен (или тысяч) серверов, которые распределяют между собой нагрузку по обработке запросов. У всем известного поискового сервера Google по всему миру располагаются центры обработки и обслуживания поисковых запросов. Самый большой центр находится в Далласе (штат Орегон), размеры его как два футбольных поля. Его место было выбрано не случайно, так как центры обработки потребляют огромное количество электроэнергии, то решение о строительстве центра было принято с учетом расположенной в Далласе гидроэлектростанции, которая и питает данный центр.
Мейнфреймы
Это большие компьютеры, размер которых может достигать одной комнаты. Напоминают старые компьютеры, история которых уводит нас в далекое прошлое. До сих пор остаются места, где работают такие компьютеры. Экономически не выгодно переписывать программное обеспечение под персональные компьютеры всего персонала, а также затраченные средства на создание таких монстров, не позволяют вывести их из работы. Цель таких компьютеров заключалась в хранении большого объема информации и централизованное решение однотипных задач с удаленных терминалов ввода вывода на одном предприятии. В последние годы мейнфреймы стали возрождаться как мощные серверы Интернета, обеспечивающие обработку огромного количества транзакций (обращение, обработку и соединение) в секунду.
Кроме того до настоящего времени существовал еще один тип вычислительных машин – суперкомпьютеры. Состояли они из самых мощных процессоров и электронного оборудования. Использовались для решения научных и технических задач требующих больших сложных вычислений.
Сейчас с высоким развитием технологий суперкомпьютеры с их вычислительными возможностями заменяют кластеры. Категория суперкомпьютеров постепенно вымирает.