通用计算机通用计算机系统是相对于嵌入式通用计算机系统来说的,其技术要求是高速、海量的数值计算,技术方向是总线速度的无限提升,存储容量的无限扩大。
发展
按人的要求接收和
存储信息,自动进行
数据处理和计算,并输出结果信息的
机器系统。通用计算机
通用计算机是脑力的延伸和扩充,是近代科学的重大成就之一。
通用计算机系统由
硬件(子)系统和
软件(子)系统组成。前者是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合,是系统赖以工作的
实体。后者是各种
程序和文件,用于指挥
全系统按指定的要求进行工作。
自1946年第一台电子通用计算机问世以来,通用计算机技术在元件器件、
硬件系统结构、
软件系统、应用等方面,均有惊人进步。现代通用计算机系统小到微型通用计算机和个人通用计算机,大到巨型通用计算机及其网络,形态、特性多种多样,已广泛用于
科学计算、事务处理和
过程控制,日益深入社会各个领域,对社会的进步产生深刻影响。
电子通用计算机分数字和模拟两类。通常所说的
通用计算机均指数字通用计算机,其运算处理的数据,是用离散数字量表示的。而模拟通用计算机运算处理的数据是用连续模拟量表示的。模拟机和数字机相比较,其速度快、与物理设备
接口简单,但精度低、使用困难、稳定性和可靠性差、价格昂贵。故模拟机已趋淘汰,仅在要求响应速度快,但精度低的场合尚有应用。把二者优点巧妙结合而构成的混合型
通用计算机,尚有一定的生命力。
系统特点
通用计算机系统的特点是能进行精确、快速的计算和判断,而且通用计算机性好,使用容易,还能联成网络。①计算:一切复杂的计算,几乎都可用通用计算机通过
算术运算和逻辑运算来实现。②判断:
通用计算机有判别不同情况、选择作不同处理的能力,故可用于管理、控制、对抗、
决策、推理等领域。③
存储:
通用计算机能存储巨量信息。④精确:只要
字长足够,计算精度理论上不受限制。⑤快速:
通用计算机一次操作所需时间已小到以纳秒计。⑥通用计算机:
通用计算机是可编程的,不同
程序可实现不同的应用。⑦易用:丰富的高性能
软件及智能化的人-机
接口,大大方便了使用。⑧联网:多个
通用计算机系统能超越
地理界限,借助通信网络,共享远程信息与
软件资源。
分类
计算机系统可按系统的功能、性能或
体系结构分类。 ① 专用机与通用机:早期
计算机均针对特定用途而设计, 具有专用性质。60年代起, 开始制造兼顾
科学计算、事务处理和
过程控制三方面应用的
通用计算机。特别是
系列机的出现,标准
文本的各种高级
程序语言的采用,
操作系统的成熟,使一种机型系列选择不同
软件、
硬件配置,就能满足各行业大小用户的不同需要,进一步强化了通用性。但特殊用途的专用机仍在发展,例如连续动力学系统的全数字仿真机,超微型的空间
专用计算机等。
② 巨型机、
大型机、中型机、
小型机、微型机:
计算机是以大、中型机为主线发展的。60年代末出现
小型计算机,70年代初出现
微型计算机,因其轻巧、价廉、功能较强、可靠性高,而得到广泛应用。70年代开始出现每秒可运算五千万次以上的
巨型计算机,专门用于解决科技、国防、经济发展中的特大课题。巨、大、中、小、微型机作为
计算机系统的梯队组成部分,各有其用途,都在迅速发展。
③ 流水线
处理机与并行处理机:在元件、器件速度有限的条件下,从
系统结构与组织着手来实现高速处理能力,成功地研制出这两种处理机。它们均面向ɑiθbi=ci(i=1,2,3,…,n;θ为算符)这样一组数据(也叫向量)运算。流水线处理机是单指令
数据流(SISD)的,它们用重叠原理,用流水线方式加工向量各元素,具有高加工速率。
并行处理机是
单指令流多数据流(SIMD)的,它利用并行原理,重复设置多个处理部件,同时并行处理向量各元素来获得高速度(见
并行处理计算机系统)。流水和
并行技术还可结合,如重复设置多个流水部件,并行工作,以获得更高性能。研究
并行算法是发挥这类处理机
效率的关键。在高级
程序语言中相应地扩充向量语句,可有效地组织向量运算;或设有向量识别器,自动识别源程序中的向量成分。
一台普通
主机(标量机)配一台
数组处理器(仅作高速向量运算的流水线专用机),构成主副机系统,可大大提高系统的处理能力,且性能价格比高,应用相当广泛。
④
多处理机与多机系统、分布处理系统和
计算机网:多处理机与多机系统是进一步发展
并行技术的必由之路,是巨型、大型机主要发展方向。它们是
多指令流多数据流(MIMD)系统,各机处理各自的指令流(进程),相互通信,联合解决大型问题。它们比并行处理机有更高的并行级别,潜力大,灵活性好。用大量廉价微型机,通过
互连网络构成系统,以获得高性能,是研究多处理机与多机系统的一个方向。多处理机与多机系统要求在更高级别(进程)上研究
并行算法,高级
程序语言提供并发、同步进程的手段,其
操作系统也大为复杂,必须解决多机间
多进程的通信、同步、控制等问题。
分布系统是多机系统的发展,它是由物理上分布的多个独立而又相互作用的单机,协同解决用户问题的系统,其
系统软件更为复杂(见
分布计算机系统)。
现代大型机几乎都是功能分布的多机系统,除含有高速
中央处理器外,有管理输入输出的输入输出处理机(或前端用户机)、管理远程
终端及
网络通信的
通信控制处理机、全
系统维护诊断的维护诊断机和从事
数据库管理的数据库处理机等。这是分布系统的一种低级形态。
多个地理上分布的
计算机系统,通过
通信线路和
网络协议,相互联络起来,构成
计算机网。它按地理上分布的远近,分为局部(本地)
计算机网和远程计算机网。网络上各
计算机可相互共享信息资源和软
硬件资源。订票系统、情报资料检索系统都是
计算机网应用的
实例。
⑤
诺伊曼机与非诺伊曼机:
存储程序和指令驱动的诺伊曼机迄今仍占统治地位。它
顺序执行指令,限制了所解问题本身含有的
并行性,影响处理速度的进一步提高。突破这一原理的非诺伊曼机,就是从
体系结构上来发展
并行性,提高系统吞吐量,这方面的研究工作正在进行中。由数据流来驱动的
数据流计算机以及按
归约式控制驱动和按
需求驱动的高度并行计算机,都是有发展前途的非诺伊曼计算机系统。