Klasifikácia počítačových systémov

Číslicový počítač je definovaný ako zložitý univerzálny číslicový systém (automat), určený na samočinné vykonávanie požadovanej postupnosti operácií (výpočtov) nad údajmi, zobrazenými číslicovým kódom, na základe vopred pripraveného a v pamäti uloženého programu.

Výpočtový proces je transformácia vstupných údajov na výstupné. Je to postupnosť operácií, ktoré vedú od počiatočných vstupných údajov ku konečným výsledkom. Technické prostriedky (hardvér, angl. hardware) sú technické zariadenia číslicového počítača, ktoré umožňujú uchovávanie, spracovanie a prenos binárne kódovaných informácií. Tieto prostriedky sú navzájom poprepájané do určitej architektúry, ktorá charakterizuje spôsob spracovania informácií.

Programové prostriedky (softvér, angl. software) – programy – v užšom význame sú to binárne zakódované informácie o spôsobe spracovania určitých údajov doplnené podľa potreby o binárne zakódované údaje – t. j. program tvorí postupnosť inštrukcií a údajov. Program môže existovať v rôznych formách. Tá forma, ktorá je binárne kódovaná a je priamo vykonateľná na danom číslicovom počítači, sa nazýva vykonateľná forma. Program môže existovať aj v textovom tvare ako tzv. zdrojový text zapísaný v nejakom programovacom jazyku. Programové prostriedky daného číslicového počítača sú programy, ktoré môže daný počítač vykonávať – sú vykonateľné na danej architektúre. Počítačový systém (výpočtový systém) je systém zahrňujúci číslicový počítač (základné technické vybavenie – technické prostriedky), prídavné technické vybavenie a programové vybavenie (programové prostriedky).

Počítače riadené tokom údajov (Data-flow systémy)

Tieto počítače nevykonávajú inštrukcie postupne za sebou, tak ako sú uložené v pamäti, vykoná sa práve tá inštrukcia, ktorá má pripravené údaje. Ak má viac inštrukcií pripravené svoje údaje, tieto inštrukcie sa vykonajú paralelne. Ide teda o paralelné, viacprocesorové počítače. Poznamenajme, že je potrebné vedieť vytvoriť toľko kópií vstupných údajov, koľko je inštrukcií, ktoré ich budú potrebovať. Počítače riadené tokom údajov predstavujú osobitnú triedu paralelných počítačov. Sú to počítače novej generácie s vysokou výkonnosťou. Ďalšou významnou vlastnosťou je, že programu sa prispôsobuje štruktúra technických výpočtových prostriedkov. V pamäti inštrukcií sa nachádzajú všetky inštrukcie programu. Zvláštny prvok počítača tzv. arbitračná sieť zisťuje, ktorá inštrukcia (inštrukcie) je pripravená na vykonanie (t j. ktorá má pripravené všetky svoje vstupné údaje). Túto inštrukciu potom vyberie a pridelí ju na vykonanie niektorému voľnému procesoru z poľa procesorov. Keď procesor vykoná príslušnú inštrukciu, pošle výsledok do distribučnej siete

Klasifikácia číslicových počítačov

S vývojom počítačov sa vyvíjali aj klasifikačné hľadiská, podľa ktorých sa jednotlivé typy číslicových počítačov rozlišovali a zatrieďovali do charakteristických skupín. Medzi najrozšírenejšie kritéria, podľa ktorých sa klasifikujú číslicové počítače patria:

technické parametre,
aplikačné určenie,
používateľský prístup,
typ spracúvaných informácií,
architektonická koncepcia,
perspektívny rozvoj.

Počítačové systémy

univerzálne, ktoré sa vyznačujú spôsobilosťou efektívne riešiť najširšie spektrum úloh: vedecko-výskumných, inžinierskych, ekonomických, ktoré si z druhej strany vyžadujú mať výpočtové prostredie na spracovanie rôznych typov informácií (numerické, nenumerické, a pod., ich predstaviteľmi sú konvenčné počítače vyšších výkonnostných kategórií), problémovo orientované, ktoré sa vyznačujú spôsobilosťou efektívne riešiť úlohy v ohraničenej triede aplikácií, ale s možnosťou hromadného uplatnenia najmä v oblasti tvorby informačných a riadiacich systémov lokálneho významu, systémov počítačom podporovaného navrhovania, diagnostiky, riadenia experimentu a pod., (ich predstaviteľmi boli mikro- a minipočítače, v súčasnosti sú reprezentované širokým sortimentom osobných počítačov a pracovných staníc), špecializované, ktoré sa vyznačujú spôsobilosťou efektívne riešiť spravidla jednu úlohu, resp. veľmi úzky okruh úloh, podľa vopred určeného algoritmu a najčastejšie predstavujú komponent, ktorý je súčasťou väčšieho automatizačného celku: technologického zariadenia, riadiacich jednotiek, pripadne komplexných riadiacich a informačných systémov a pod. (v súčasnosti sa výpočtové prostriedky s uvedenou koncepciou označujú ako vnorené systémy).

Flynnova klasifikácia

Reprezentuje jednu z najrozšírenejších klasifikácií číslicových počítačov z roku 1966, v ktorej sa uplatňuje hľadisko architektonickej koncepcie počítačov. Podľa Flynna sa architektúry počítačov rozlišujú v závislosti od súčasne spracúvaných údajových a inštrukčných prúdov prenášaných medzi procesorom a pamäťou pri vykonávaní výpočtového procesu. V súvislosti s uvedeným existujú štyri základné typy počítačových architektúr:

Architektúra SISD (Single Instruction Single Data stream) – reprezentuje konvenčné architektúry von Neumannovského typu, v ktorých inštrukcie jediného prúdu (jediného programu) postupne vykonávajú operácie s údajmi (operandmi) jediného údajového prúdu.
Architektúra MISD (Multiple Instruction Single Data stream) – reprezentuje tzv. zreťazené (prúdové) počítačové systémy, v ktorých jediný údajový prúd sa spracúva viacnásobným inštrukčným prúdom. Z praktického hľadiska majú v tejto architektúre význam systémy, kde ide o zreťazené spracovanie údajového prúdu v procesoroch dekomponovaných na čiastkové operačné segmenty. V nich sa v každom časovom okamihu vykonávajú príslušné operácie definované viacnásobným prúdom inštrukcií, ale vždy iba jedného programu. V zmysle Flynnovej klasifikácie v architektúre MISD by sa mali vykonávať súbežne inštrukcie viacerých programov s údajmi jediného údajového prúdu, v dôsledku čoho táto architektúra v pravom zmysle slova predstavuje iba určitú klasifikačnú abstrakciu, ktorá z praktického hľadiska nemá význam.
Architektúra SIMD (Single Instruction Multiple Data stream) – je architektúra, v ktorej jediný prúd inštrukcií vykonáva operácie nad mnohonásobným prúdom údajov, čo je charakteristické pre paralelné počítačové systémy, v ktorých sa takto realizujú vektorové, maticové manipulačné operácie so štruktúrovanými údajmi. Vzhľadom na uvedené architektúry SIMD reprezentujú špecializované počítačové systémy, určené na efektívne riešenie vybraného okruhu úloh.
Architektúra MIMD (Multiple Instruction Multiple Data stream) – je architektúra, v ktorej viacnásobný prúd inštrukcií viacerých programov alebo úloh spracúva mnohonásobný údajový prúd. Reprezentuje rôzne typy multiprocesorových a multipočítačových architektúr, ktoré predstavujú najvýkonnejšiu skupinu počítačových systémov univerzálneho typu.