# 13. Классификация архитектур

К настоящему времени в мире разработаны тысячи различных моделей компьютеров, относящихся к различным архитектурам. Эти модели отличаются друг от друга устройством, способами кодирования информации, системами команд, объемом запоминающих устройств, скоростью обработки данных и т.д.

Чтобы ориентироваться в этом многообразии вычислительных систем, применяются различные классификационные схемы, основанные на разных признаках.

Перед обсуждением классификации архитектур следует отметить, что многие из существующих классификационных схем, во-первых, довольно условны и не являются общепринятыми, а во-вторых, с течением времени претерпевают определенные изменения, связанные с бурным развитием информационных технологий и невозможностью точно предсказать направления будущего развития компьютерной техники. Поэтому мы рассмотрим только наиболее распространенные в настоящее время классификационные схемы:

· по принципу действия;

· по поколениям;

· по областям применения;

· по архитектуре набора команд;

· по разрядности машинного слова;

· по типу управления;

· по степени и способу организации параллелизма.

# 13. Классификация по принципу действия

Классифицирующим признаком этой схемы являются тип обрабатываемых сигналов и соответствующий этому типу принцип работы вычислительной системы. Существуют дискретные и непрерывные сигналы и сообщения. В связи с этим вычислительные машины делятся на классы:

· дискретные, или цифровые, вычислительные машины (ЦВМ), которые применяются для обработки дискретных сигналов и сообщений;

· аналоговые вычислительные машины (АВМ), используемые для непрерывных сигналов и сообщений.

Все обсуждавшиеся ранее вычислительные системы относятся к группе ЦВМ. Отличительной особенностью их принципа действия является интерпретация любых действий над дискретными сигналами как арифметических (сложение, умножение и т.д.) или логических (конъюнкция, дизъюнкция и т.д.) операций на двоичными кодами. С помощью математических и алгоритмических методов и приемов необходимая обработка данных сводится к некоторой последовательности таких операций. Результатом обработки является двоичный код, который затем отображается в текстовом, числовом или графическом виде. Достоинствами цифрового подхода являются универсальный характер, возможность получения результата практических с любой необходимой точностью, наглядность, удобство работы.

В АВМ используется не расчет по некоторому алгоритму, а моделирование, т.е. построение реальной физической модели, адекватной решаемой задаче. Явления, протекающие в модели, оказываются подобны изучаемым явлениям, если модель и решаемая задача описываются одними и теми же системами математических уравнений.

В АВМ решаемая задача обычно моделируется электрическими схемами, и решение получается после подачи на входы схемы напряжений, соответствующих исходным данным задачи. Решение получается не путем выполнения последовательности арифметических или других действий, которые могут занимать продолжительное время, а сразу после стабилизации уровней напряжения во всех участках цепи. При этом используются не два дискретных уровня напряжения, интерпретируемых как цифры 0 и 1, а целый интервал значений напряжений, каждая точка которого интерпретируется как вещественное значение. Это может отражаться на точности результатов.

Изменение с течением времени напряжения в некоторой точке цепи соответствует изменению значения некоторой переменной моделируемой задачи. Решением считается совокупность значений параметров (ток, напряжение) моделирующей электрической схемы во всех ее точках.

Большинство АВМ имеют фиксированную или коммутируемую архитектур. Основу машины составляют соединяемые между собой электрическими кабелями функциональные блоки, которые выполняют над непрерывными сигналами такие операции, как дифференцирование интегрирование и т.д. При любом изменении программ приходится выполнять перекоммутацию соединений между функциональными блоками, на что требуется довольно много времени.

С точки зрения решения задачи, можно считать, что каждый функциональный блок получает на входе функцию и выдает на выходе ее производную, первообразную или другую функцию-результат.

В связи с высоким уровнем параллелизма производительность аналоговых машин на специальных классах задач может многократно превосходить производительность самых современных цифровых машин.

АВМ относятся к узкоспециализированным системам, которые успешно применяются при решении задач нескольких специальных классов. Наиболее выгодно использование АВМ для решения задач, описываемых системами дифференциальных, интегральных и интегрально-дифференциальных уравнений. АВМ широко применяются в системах автоматического регулирования, например, для контроля производственных процессов, в бортовых вычислительных самолетов, судов.

АВМ делятся на универсальные и специализированные. Универсальные используются для решения целого круга задач, в то время как специализированные нацелены только на одну задачу.

В настоящее время появляются гибридные вычислительные машины (ГВМ) сочетающие достоинства АВМ и ЦВМ. Взаимодействие аналоговых и цифровых модулей таких ВМ осуществляется через аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП), (ЦАП). ГВМ применяются в задачах моделирования процессов в реальном времени, моделировании биологических систем, статистическом моделировании, оптимизации систем управления, решении нелинейных уравнений в частных производных.