Архитектура компьютеров. Основные понятия презентация

Содержание лекции
1.Основные понятия.
2.Принципы фон-Неймана. Архитектура и структура ПК
3. Устройство ПК. Процессор,его состав,характеристики и функции.
4.Память,ее виды. Накопители.
5. Устройства ввода и вывода.
6. Классификация компьютеров.

Что такое компьютер?
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления.
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare),
Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Как устроен компьютер?
В любом компьютере следующие главные устройства:
память (запоминающее устройство, ЗУ)
процессор
устройство ввода
устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация

Общая схема компьютера

Функции памяти:
приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом
1. Принцип двоичного кодирования:вся информация кодируется в двоичном виде.
2. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Джон фон Нейман, 1945 г.

3. Принцип однородности памяти:
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда.
4. Принцип адресности: структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Что такое архитектура и структура компьютера?
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне,
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств..

2 типа архитектуры:Принстонская(фон Неймана) и Гарвардская(Говард фон Эйкен).
Обе выделяют 2 основных узла ЭВМ: центральный процессор и память.
Различие в структуре памяти:в Принстонской программы и данные хранятся в одном массиве памяти,передаются в процессор по одному каналу. В Гарвардской отдельная пересылка команд и данных- отдельные хранилища и потоки передачи (позволяетбыстрее работать).

· Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа.
Это однопроцессорный компьютер.

· Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис.

Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную).
Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ.

Принцип открытой архитектуры
Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:
Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.
Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Схемы,управляющие многими устройствами(н-р монитор)-это отдельные платы,которые вставляются в слоты расширения.
Схема стыковки новых устройств с компьютером общедоступна.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.

Рис. 2.26. Общая структура персонального компьютера с подсоединенными
периферийными устройствами

Какие основные блоки входят в состав компьютера?
Минимальная конфигурация компьютера включает в себя: системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.
системный блок;
монитор;
клавиатура;
манипуляторы.
Виды корпусов
системного блока

Основные электронные компоненты, размещаются на системной (материнской) плате компьютера.
А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).

Системная плата содержит компоненты:
центральный процессор;
постоянную (ROM)
и оперативную (RAM) память, кэш-память;
интерфейсные схемы шин;
гнёзда расширения;
обязательные системные средства ввода-вывода и др.

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.

Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров.
Микропроцессор Pentium 4.

Для того, чтобы изготовить микросхемы и кристаллы CPU используется метод фотолитографии – нанесение на кремниевую подложку специальным оборудованием проводников, изоляторов и т.п., которые и формируют само ядро процессора.

Для того, чтобы изготовить микросхемы и кристаллы CPU используется метод фотолитографии – нанесение на кремниевую подложку специальным оборудованием проводников, изоляторов и т.п., которые и формируют само ядро процессора.

Микропроцессор выполняет следующие функции:
чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Состав центрального процессора
В состав центрального процессора входят:
устройство управления (УУ);
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора;
генератор тактовой частоты (ГТЧ).

Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.
Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.
Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.
Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.

Характеристики процессоров:
Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций процессора в секунду.
Тактовая частота(число тактов в секунду.) Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего. , измеряется в гигагерцах (ГГц).

Разрядность(максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.) Первые ПЭВМ использовали МП с 8- разрядной архитектурой, В настоящее время используются 32- и 64-разрядные процессоры.

На текущий момент самый высокий показатель разрядности CPU - 128, однако на потребительском рынке такие модели мало распространены
Когда говорят о разрядности процессора х64, это значит, что он имеет 64-разрядную шину данных, и 64 бита он обрабатывает за один такт.

Объем кэш-памяти
Количество ядер: На данный момент в продаже имеются одно-, двух-, четырёх- и шестиядерные процессоры.

Для раскрытия всего потенциала многоядерных процессоров им необходима работа с многопоточными приложениями. К таким приложениям можно отнести: архиваторы, кодировщики видео, дефрагментаторы, браузеры, flash и пр.

Чем больше объем кэш-памяти, тем лучше.
Кэш является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций. Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти.

Этот вид памяти делится на три уровня:
L1, L2, L3.
Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый (по объему, 16—128 Кбайт),
L3 — самый большой и медленный (от 6 до 16 Мб). К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.

частота процессора влияет на производительность и быстроту компьютера. Но производительность не зависит только от частоты процессора!
На производительность также влияет архитектура процессора, объем кэша, количество ядер и другие факторы.
AMD Phenom X4 с тактовой частой равной 2.50GHz, будет работать в несколько раз быстрее, чем Intel Celeron 2.6GHz.

Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (системную магистраль).
Шина – это кабель, состоящий из множества проводников. Количество проводников, входящих в состав шины, является максимальной разрядностью шины.

Системная шина представляет собой совокупность
шины данных, служащей для переноса информации;
шины адреса, которая определяет, куда переносить информацию;
шины управления, которая определяет правила для передачи информации;
шины питания, подводящей электропитание ко всем узлам вычислительной машины.
Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины.
Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду.
Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота – в мегагерцах. Соединяет процессор с остальными устройствами в системном блоке.

Частота и разрядность системной шины
чем выше разрядность и частота системной шины, тем выше производительность процессора. Высокая скорость передачи данных шины обеспечивает возможность быстрого получения процессором и устройствами компьютера необходимой информации и команд.

Частота работы всех современные процессоров в несколько раз превышает частоту системной шины, поэтому процессор работает настолько, насколько ему это позволяет системная шина.
Величина, на которую частота процессора превышает частоту системной шины, называется множителем.

В состав системной шины процессора входят шина адреса, шина данных и шина управления. Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы. Частота шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера.

Для математических вычислений к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Это позволяет повысить быстродействие компьютера. Начиная с модели 80486DX процессор и сопроцессор выполняют на одном кристалле.

Чипсет состоит из двух микросхем, называемых северным и южным мостами.

"chipset" означает "набор микросхем".
Чипсет - своеобразный посредник в общении процессора с остальными устройствами компьютерной системы.
В задачи чипсета входит управление работой компонентов компьютера и обеспечение передачи данных между ними. При этом, каждый чипсет обслуживает только архитектуру того процессора, под который был разработан.

Северный мост является устройством управления, отвечает за взаимодействие с оперативной памятью (шина памяти), взаимодействие с центральным процессором (системная шина), взаимодействие с графической подсистемой (шина AGP) и взаимодействие с южным мостом. Т.е. северный мост контролирует потоки из четырех шин. Он располагается рядом с процессором (северный мост гораздо "быстрее" южного и больше нагревается).
Одной из частей Северного моста является встроенный видеоадаптер, присутствующий в некоторых современных материнских платах - так называемая интегрированная видеокарта.

Южный мост - это контроллер, основной функцией которого является реализация «медленных» соединений, в число которых входят различные шины, USB (способен взаимодействовать с оперативной памятью в режиме прямого доступа к памяти), SATA(интерфейс обмена данными с накопителями информации) и LAN контроллеры, система энергообеспечения, BIOS и даже часы.
Выход Южного моста из строя приводит к необходимости замены всей материнской платы. Учитывая, что этот контроллер взаимодействует напрямую с внешними устройствами, причиной поломки может стать обыкновенный перегрев, спровоцированный, например, коротким замыканием.

Память
Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Классификация памяти:

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.
Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.
Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.
Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.
К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.

Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти.
Каждый информационный бит запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом).
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает.

Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM).

Специальная память
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.
CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.
Для хранения графической информации используется видеопамять.
Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Внешняя память (ВЗУ)
предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом.
Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа:
накопители на жёстких магнитных дисках;
накопители на гибких магнитных дисках;
накопители на компакт-дисках;
накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
Устройства памяти с последовательным доступом (позволяют осуществлять доступ к данным последовательно, т.е. для того, чтобы считать нужный блок памяти, необходимо считать все предшествующие блоки.):
накопители на магнитной ленте (НМЛ) (стримеры) - обычно используются для создания архивов данных .
Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной лентой (В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются).

1. Накопители на гибких
магнитных дисках
Гибкий диск (англ. floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.
Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.
Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы.

2. Накопители на жестких магнитных дисках
Жесткий диск — информационный склад компьютера.
Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.

3. Накопители на компакт-дисках
Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать).
CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.
Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска.
Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена.

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок.
Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 2.9), преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом.
Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.
Профиль дорожки CD-ROM

Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью периферийных устройств. Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства вывода. Устройства ввода преобразуют информацию в форму понятную машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать.
Устройства вывода
переводят информацию
из машинного представ-
ления в образы,
понятные человеку.

Классификация устройств ввода:

К манипуляторам относят устройства, преобразующие движения руки пользователя в управляющую информацию для компьютера. Среди манипуляторов выделяют мыши, трекболы, джойстики.
Дигитайзер – это устройство для ввода графических данных, таких как чертежи, схемы, планы и т. п.
Сканер – устройство ввода графических изображений в компьютер. Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. Главные характеристики сканеров - это скорость считывания, которая выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute - ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого изображения на дюйм оригинала (dots per inch - dpi).

Устройства вывода.
Монитор (дисплей) является основным устройством вывода графической информации.
Выводимая информация может отображаться в графическом виде, для этого используются мониторы, принтеры или плоттеры. Информация может также воспроизводиться в виде звуков с помощью акустических колонок или головных телефонов, регистрироваться в виде тактильных ощущений в технологии виртуальной реальности, распространяться в виде управляющих сигналов устройства автоматики, передаваться в виде электрических сигналов по сети.

Принтеры и плоттеры
Для получения копий изображения на бумаге применяют принтеры, которые классифицируются:
по способу получения изображения: литерные, матричные, струйные, лазерные и термические;
по способу формирования изображения: последовательные, строчные, страничные;
по способу печати: ударные, безударные;
по цветности: чёрно-белые, цветные.
Плоттер (графопостроитель) – это устройство для отображения векторных изображений на бумаге, кальке, пленке и других подобных материалах.

Классификация компьютеров
Существуют различные классификации компьютерной техники:
по этапам развития (по поколениям);
по архитектуре;
по производительности;
по условиям эксплуатации;
по количеству процессоров;
по потребительским свойствам и т.д.
Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.

По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:
офисные (универсальные);
специальные.
Офисные предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации.
Cпециальные компьютеры служат для решения более узкого класса задач или даже одной задачи, требующей многократного решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации. Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать заданный класс задач наиболее эффективно.
Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в неотапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п.

По производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на:
микрокомпьютеры, в том числе — персональные компьютеры;
миникомпьютеры;
мэйнфреймы (Мейнфрейм это главный компьютер вычислительного центра с большим объемом внутренней и внешней памяти. Он предназначенный для задач, требующих сложные вычислительные операции.);
суперкомпьютеры.

Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 — 300 рабочих мест.
Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. (используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.)

Мейнфрейм IBM zEC12 с процессорами по 5,5 ГГц и транзакционной памятью
IBM уже несколько десятков лет производит мейнфреймы для облачных сервисов. Самый быстрый в мире процессор, шесть ядер с тактовой частотой 5,5 ГГц. Криптографический сопроцессор. транзакционная память используется для выполнения одновременных операций над одним и тем же набором данных

Titan – Cray XK7
США. Производительность: 17,59 петафлопс. Мощность: 8,2 МВт

находится в США в Национальной лаборатории Оук-Ридж. Официально доступен для любых научных исследований, но в октябре 2012 года, когда Titan был запущен, количество заявок превысило всякие пределы. Отобрали 6.
К примеру, моделирование поведения нейтронов в самом сердце ядерного реактора, а также прогнозирование глобальных климатических изменений на ближайшие 1-5 лет.

Tianhe-2 / Млечный путь-2 («Тяньхэ-2»)
Китай Производительность: 33,86 петафлопс
Мощность: 17,6 МВт

«Млечный путь-2» был сконструирован по инициативе китайского правительства, его мощь служит, судя по всему, нуждам государства.
Официально было заявлено, что суперкомпьютер занимается различными моделированиями, анализом огромного количества данных, а также обеспечением государственной безопасности Китая, остается лишь догадываться, какое именно применение время от времени получает «Млечный путь-2» в руках китайской армии.

"петафлопс"
это единица измерения мощности ПК
1 петафлопс=1 тыс. трлн операций в секунду
Слово "петафлопс" состоит из двух слов. "Пета" - это единица с 15 нулями (один миллион миллиардов). Слово "флопс" часто употребляется в измерении производительности (быстродействия) компьютеров и отображает количество операций с плавающей запятой в секунду, которые выполняет центральный процессор или графический процессор видеокарты.

Sunway TaihuLight

Самым мощным суперкомпьютером в мире на 2017 год является Sunway TaihuLight. Его пиковая мощность достигает невероятных 125 petaFLOPS. Базируется он в Национальном суперкомпьютерном центре в Уси. Общее количество узлов в нем достигает 10,6 миллионов. Всю эту невероятную мощность ученые используют для моделирования климата и земных систем.