Вычислительная система может быть создана на базе набора отдельных компьютеров, тогда она называется многомашинной ВС (существуют также одномашинные ВС, состоящие из одной машины). Если ВС построена на базе отдельных процессоров, то она называется многопроцессорной ВС.

Многомашинная ВС состоит из некоторого числа компьютеров, взаимодействующих между собой, причем каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). Информационное взаимодействие может осуществляться на уровне процессоров (на уровне регистров процессорной памяти и требует весьма сложной программной реализации в ОС), оперативной памяти (путем программной реализации общего поля оперативной памяти (ОП)) и каналов связи (путем соединения внешних каналов связи, наиболее простое).

В многопроцессорной ВС имеется несколько процессоров, взаимодействующих между собой на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП. Работа такой системы обеспечивается единой ОС, общей для всех процессоров.

Типичным примером массовых многопроцессорных ВС являются суперкомпьютеры, а многомашинных – компьютерные сети.

В зависимости от типов используемых компонентов ВС бывают:

· однородные – состоят из однотипных компьютеров, процессоров и других устройств, что позволяет использовать стандартные наборы технических, программных средств и протоколов сопряжения устройств;

· неоднородные – включают различные типы компьютеров или процессоров.

Создание и обслуживание неоднородных ВС гораздо сложнее однородных.

В зависимости от режима работы ВС делятся:

· на оперативные (on-line) – работающие в реальном режиме времени и реализующие механизмы незамедлительного ответа на любые запросы;

· неоперативные (off-line) – допускающие задержку ответа на поставленный запрос.

В зависимости от способа управления различают ВС централизованного управления (имеется единый узел управления) и децентрализованного управления (отсутствует единый узел управления).

В зависимости от территориального расположения ВС бывают:

· территориально-сосредоточенными – все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;

· распределенными – компоненты могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга.

Уровень обработки информации позволяет привести еще одну классификацию ВС:

· структурно-одноуровневые – при наличии только одного уровня обработки информации;

· многоуровневые (иерархические) – разные группы узлов распределены по уровням обработки информации или специализируются на выполнении определенных функций.

В повсеместной практике существенное распространение получили одномашинные ВС, для которых также разработана своя классификация.

По принципу действия вычислительные машины делятся:

· на аналоговые вычислительные машины (АВМ), работающие с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме;

· цифровые вычислительные машины (ЦВМ), работающие с информацией, представленной в дискретной форме;

· гибридные цифровые машины (ГЦМ), работающие с обоими типами представления информации.

Самое большое распространение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации, и называют их электронно-вычислительными машинами (ЭВМ).

Эпоха вычислительных машин делится на шесть этапов:

· 1-е поколение – ЭВМ на электронных вакуумных лампах, 50-е годы;

· 2-е поколение – ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах), 60-е годы;

· 3-е поколение – компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней плотностью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе), 70-е годы;

· 4-е поколение – ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах (основная – микропроцессор – сотни тысяч – десятки миллионов активных элементов в одном кристалле), 80-90-е годы;

· 5-е поколение – компьютеры со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной архитектурой, настоящее время;

· 6-е поколение – оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом и нейронной структурой, распределенной сетью большого числа микропроцессоров, моделирующих архитектуру биологических нейронных систем.

По назначению ЭВМ делятся:

· на универсальные, предназначенные для решения самых различных инженерно-экономических, математических, информационных задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.

· проблемно-ориентированные, предназначенные для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, накоплением и обработкой сравнительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по сравнительно несложным алгоритмам. Эти компьютеры обладают, по сравнению с универсальными, ограниченными программными и аппаратными ресурсами;

· специализированные, предназначенные для решения строго определенного узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Это позволяет существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности (например, адаптеры и различные контроллеры).

По размерам и вычислительной мощности ЭВМ (и все ВС) можно разделить на суперЭВМ, большие, малые и сверхмалые (микроЭВМ). Сравнительные характеристики некоторых параметров этих классов представлены в табл. 1.1. Приведенная классификация является в некоторой степени размытой, но она довольно точно отражает функциональные различия классов ВС.

Суперкомпьютеры – очень мощные многопроцессорные вычислительные системы. Они обязательно содержат в себе много процессоров, выполняющих параллельную обработку информации, поскольку пока невозможно обеспечить высокую скорость выполнения операций на одном процессоре. Поэтому создаются высокопараллельные многопроцессорные вычислительные системы (МПВС).

Таблица 1.1

Параметр	Класс ЭВМ
	суперЭВМ	большие	малые	микроЭВМ
Производительность, MIPS*	1000-100000	100-10000	10-1000	10-100
Емкость оперативной памяти, Мбайт	2000-100000	512-10000	128-2048	32-512
Емкость внешнего запоминающего устройства, Гбайт	500-50000	100-10000	20-500	10-50
Разрядность, бит	64-256	64-128	32-128	32-128
*MIPS – миллион операций в секунду над числами с фиксированной запятой

Многопроцессорные вычислительные системы бывают:

· магистральные (конвейерные) – каждый процессор выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. Эта система называется МКОД (или MISD) – система с многократным потоком команд и однократным потоком данных;

· векторные – все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными (однократный поток команд с многократным потоком данных – ОКМД или SIMD);

· матричные – каждый процессор выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных (многократный поток команд с многократным потоком данных – МКМД или MIMD).

Также встречаются параллельно-конвейерная модификация (MMISD – многопроцессорная MISD-архитектура, суперкомпьютеры Эльбрус 3, Эльбрус4) и параллельно-векторная модификация (MSIMD – многопроцессорная SIMD-архитектура, суперкомпьютер Cray 2). Модификация MSIMD получила наибольшее признание.

В настоящее время широко развивается технология построения кластеров суперкомпьютеров. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как единой системой, упрощая управление и повышая надежность. Кластеры отличаются высокой суммарной производительностью, надежностью, наилучшим соотношением производительности и цены, легкостью наращивания вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов и возможностью динамического перераспределения нагрузки.

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфрэймами (mainframe). Основное их назначение – решение научно-технических задач, работа с пакетными данными, большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Родоначальником таких машин являются компьютеры фирмы IBM, а в настоящее время широко применяются семейства мэйнфрэймов под названием S/390 и А/400 (каждое семейство включает более десятка моделей). Также широко распространены компьютеры М 1800 (фирма Fujitsu), Millennium 700 и 800 (Amdaxl), М2000 и С2000 (Comparex Information Systems).

По данным экспертов, около 70 % всей «компьютерной» информации обрабатывается на мэйнфрэймах.

Малые компьютеры (по сравнению с мэйнфрэймами) являются надежными, недорогими, и разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 32-, 64- и 128-разрядных микропроцессоров. Они успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в САПР, системах моделирования, системах искусственного интеллекта.

МикроЭВМ очень многочисленны и многообразны. Среди них можно выделить следующие подклассы:

· многопользовательские – мощные микрокомпьютеры, работающие в режиме разделения времени и обладающие несколькими видеотерминалами, что позволяет одновременно работать нескольким пользователям;

· персональные компьютеры – однопользовательские компьютеры, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения;

· рабочие станции – однопользовательские компьютеры, предназначенные для выполнения определенного вида задач;

· серверы – многопользовательские мощные компьютеры в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех рабочих станций сети;

· сетевые компьютеры – специализированные ЭВМ, предназначенные для доступа к сетевым ресурсам и работы в сети, а также выполнения определенного вида работ (защита сети, электронная почта и т.д.).

Персональные компьютеры (ПК) являются наиболее распространенными. Для них характерны требования небольшой стоимости, автономности эксплуатации, гибкости архитектуры, дружественности интерфейса операционной системы и другого программного обеспечения (обеспечивающего возможность работы пользователя без специальной профессиональной подготовки), высокой надежности работы.

Весь парк персональных компьютеров можно разделить на IBM-совместимые (более 80 %), Apple-совместимые и другие. Различие между ними заключается в архитектуре, положенной в основу ЭВМ различными фирмами-производителями – IBM и Apple.