1.1 Семейства ЭВМ и требования к ним

Расширение сферы применения средств вычислительной техники (СВТ), особенно их применеие для решения научно-технических задач, задач автоматизации производства, САПР, работы с базами данных, обработки статистической информации и управления производством привело к необходимости создания вычислительных систем (ВС), отличающихся составом технических средств (ТС) и техническими характеристиками: производительностью, емкостью оперативной памяти (ОП), внешних запоминающих устройств (ВЗУ) и т.д.

Это привело к необходимости создания ЭВМ с единой архитектурой, но с переменным составом оборудования, который определяется выполняемыми ВС функциями. Такой подход означает выполнение отдельных функциональных устройств в виде модулей, которые могут объединяться в необходимом количестве в одной ЭВМ или говорят о ЭВМ проблемно-ориентированных на решение определенного класса задач. При этом существенное место для реализации такого подхода занимает сокра-щение числа типов (номенклатуры) выпускаемых семейств ЭВМ.

Основными требованиями для создания ВС с переменным составом оборудования, различной производительностью и стоимостью является их:

• информационная совместимость;
• программная совместимость снизу доверху;
• аппаратная совместимость;
• конструктивная совместимость;
• эксплуатационная совместимость.

В настоящее время широкое применение нашли несколько семейств ЭВМ различных западных фирм: Intel, Motorolla, DEC. При этом в каждом семействе для различных поколений микропроцессоров (МкПр) фирмы выпускают несколько типов процессоров и обрамления к ним (периферийных БИС). Например, фирмой Intel выпускаются МкПр следующих типов:

• высокопроизводительные центральные процессоры, предназначенные для сложных математических расчетов, но имеющие высокую стоимость;
• удешевленные варианты данного поколения МкПр с несколько худшими техническими характеристиками и предназначенные для использования в ЭВМ для учрежденческих применений, периферийных ЭВМ в составе сетей, во встроенных микроконтроллерных системах, где не требуется высокое быстродействие;
• МкПр с малым потреблением мощности, предназначенные для применения в компьютерах типа Note Book.

С развитием элементной базы и появлением новых типов МкПр существенно улучшаются техни-ческие характеристики ВС, но при этом для преемственности (совместимости) использования ранее разработанного программного обеспечения (ПО) любая модель семейства должна удовлетворять вышеперечисленным требованиям, т.к. стоимость разработки нового ПО на порядок и выше превышает стоимость аппаратных средств.

Информационная совместимость ЭВМ предполагает использование единых способов кодирования информации, форматов и типов данных, одинаковые или кратные длины машинных слов в раз-личных моделях.

Программная совместимость означает, что программы, написанные для одной модели, должны выполняться для других моделей семейства. Это предполагает наличие единой системы и форматов команд, режимов адресации, что позволяет использовать общие ОС и прикладное ПО для моделей од-ного семейства снизу доверху. Программной совместимостью объясняется наличие большого числа форматов команд и системы команд для старших моделей МкПр, что затрудняет их изучение. Аппаратная совместимость заключается в возможности подключения к любой модели ЭВМ, состоящей из центрального процессора (ЦП) и ОП любых контроллеров периферийных устройств (ПУ), общих для всех моделей ряда. Это достигается за счет использования унифицированных интерфейсов ввода-вывода и единых протоколов обмена между ПУ и ЦП. Однако следует заметить, что практически каждая новая модель МкПр имеет свой состав аппаратных средств БИС, но которые программно и аппаратно совместимы с предыдущими версиями БИС.

Конструктивная совместимость подразумевает использование унифицированных панелей, блоков и ТЭЗов (плат) с единой системой назначения контактов разъемов и типов разъемов, конструк-тивного исполнения системного блока и разбивки ТС на конструктивные модули.

Эксплуатационная совместимость предполагает общие методы технической и математической эксплуатации и обслуживания, т.е. преемственность языков программирования, единых ОС, программ технического обслуживания и диагностики, единые методы профилактики ТС и т.д., что не требует переквалификации и дополнительного обучения обслуживающего персонала.

Все рассмотренные особенности и требования к семействам ЭВМ позволяют создавать системы переменной конфигурации с возможностью постепенного, по мере необходимости, наращивания вычислительной мощности ВС путем замены ЦП более производительным, расширения емкости ОП, подключения новых и замены устаревших ПУ. При этом за счет программной совместимости моделей одного семейства ЭВМ все ранее существующее программное обеспечение сохраняется.

Улучшение технико-экономических характеристик моделей семейства ведется в следующих на-правлениях:

• совершенствования элементной базы, т.е. применения новых более быстродействующих БИС и СБИС;
• повышения производительности ВС за счет применения новых технологий и структурных ре-шений как для ЦП, так и для периферийных БИС;
• увеличения объема ОП и ВЗУ, совершенствования организации хранения данных, реализации виртуальной памяти, использования как внутренней на кристалле, так и внешней кэш-памяти;
• дальнейшего развития системы ПО как в области прикладных программ, так и ОС;
• создания мультипрограммных и многомашинных вычислительных систем, работающих в ре-альном времени, локальных и глобальных ВС;
• развития системы ввода-вывода и расширения номенклатуры ПУ;
• повышения надежности ВС, развития эффективных систем контроля и диагностики;
• за счет совершенствования технологии.

Технические средства семейств ЭВМ постоянно совершенствуются и развиваются в следующих направлениях:

• модификации - создании нескольких моделей одного и того же устройства, отличающихся друг от друга значением какого-либо параметра или набором функции. Как правило, модификации появляются вследствие доработки предыдущих версий устройства для устранения каких-либо недостатков или дополнения функциональных возможностей устройства без изменения его технических характеристик. Например, таймер ВИ54 является модификацией предыдущей модели ВИ53, в котором реализована дополнительная функция фиксации и считывания приказа обратного считывания;
• модернизации, т.е. замены устаревших образцов устройств новыми с улучшенными техниче-скими, функциональными, конструктивными и эксплуатационными характеристиками. Например, для матричных принтеров выпускается множество модернизаций по ширине каретки, по количеству и расположению иголок, быстродействию и т.д.;
• создания принципиально новых устройств. Например, лазерный принтер является принципиально новой разработкой среди принтеров, как по принципу функционирования, так и по техническим характеристикам.