А.Н. Томилин - Вычислительные системы (2006), страница 2

Потому что сейчас самые выдающиеся гроссмейстеры другдругу ни в чём не уступают, и не будут уступать. И всё большее число людей будут становиться столь совершенными в этом вопросе, что выиграть на одном уровне будет просто невозможно. Турнир будет обречён на погибание: это же не интересно, когда практически всевстречи будут заканчиваться вничью. К счастью этого не случилось до сих пор, но угрозатакая существовала. Так же и тепловая смерть вычислительной техники, т.е.

ситуация сводилась к тому, что уже на столько быстро протекают процессы в интегральных схемах, чтопри большой частоте разогревается схема. Это естественный физический процесс. Нужноотводить тепло. Начали схемы помещать (машина Cray, которую мы будем рассматриватькак образец достижения нескольких уровней параллелизма информации от первой до следующей) на трубу, через которую протекает хладагент, отбирая выделяемое тепло. Потомучто каждая схема выделяла 5 Вт, этих схем было очень много, и если это охлаждение убрать,то человек в момент вспыхнет, и в этом пламени ничего не останется от этой машины. Конечно, приходилось очень следить за тем, чтобы система охлаждения правильно работала.Если неправильно, то нужно отключать.

Специально систему мониторинга для этого вывели,и машина этим контролировалась.Cray достиг производительности 1 Гфлопс (миллиарда операций в секунду). Но это дело уже 80-х гг. Потом для достижения большей производительности от фирмы Cray некаяамериканская фирма «Эта» решила достичь 10 миллиардов и вынуждена была окунать всёоборудование процессора и памяти в криогенную среду, т.е. с высокой степенью охлаждения,чтобы отбирать это тепло. Тогда были частоты порядка 100 МГц.За счёт интенсивных исследований был достигнут исключительный прогресс.

В результате при тех же скоростях перешли обратно от водяного охлаждения или даже вот такого вот экстремального, перешли обратно к воздушному охлаждению. На это тратились огромные усилия разработчиков, ну и развивались технологии не только самого вычислительного дела, но и многие технологии материаловедения в мире. Вычислительная техника былазаводчиком этого дела.И вот в этом TOP500 вы можете всё увидеть. У нас, кстати, есть TOP50(http://www.supercomputers.ru) — это список наиболее производительных вычислительныхсистем, установленных в России и странах СНГ (по-старому — в Советском Союзе).

Имеются тоже крупные системы, наиболее крупная система — 15 Тфлопс, установлена в так называемом здании президиума академии наук с высокой навороченной верхушкой, Ленинскийпроспект, дом 32. Почему «так называемом», потому что сам президиум академии наук тамне сидит. Он сидит по прежнему в прекрасном особняке среди зелени, отодвинутом от шум4ного Ленинского проспекта, на Ленинском, 14. Так вот, там находится известный суперкомпьютерный центр, очень хорошо оснащенный входными телекоммуникациями, естественновнутренней сетевой средой. Там не одна, несколько машин.

Но вот одна из наиболее производительных — это машина 15 Тфлопс, разработанная у нас, однако на зарубежных микропроцессорах, хороших, конечно, и т.д., но вот, тем не менее, такова сейчас ситуация.Кстати, на это вы можете выйти через сайт НИВЦ МГУ: www.parallel.ru — это сайтвычислительного центра, созданный коллективом и под руководством Владимира Валентиновича Воеводина (сейчас там зам.директор ВЦ), выпускника кафедры АСВК. Сайт замечательный: там есть и история, и все характеристики современных различных классов высокопроизводительных вычислительных систем, там есть и рассмотрение фирм, учебные материалы там представлены наших сотрудников, ВМиК и Петербургского университета.Какова же будет наша с вами задача? Конечно, как специалисты в области программирования, вы должны быть грамотны в области состояния современных вычислительных систем разных классов, разного назначения использования, применения. Поэтому эта цель естественна.

Она достигается в обзорном порядке в каком-то смысле, потому что рассмотретьподробно все вычислительные системы не представляется возможным. Но эта цель попутная,которую мы должны достигнуть. Какая же цель главная? А главная цель такая: рассмотретьразвитие идей в области архитектур, структур вычислительных систем, развитие мышленияконструкторов, разработчиков средств поддержки развития архитектуры, интегрирования.

Арассмотрение развития их мышления — это есть основа развития собственного мышления, ивашего, и моего, и всех тех, кто работает в нашей области. Поэтому вот это мы будем рассматривать в первую очередь. На базе какого основного стержня мы будем это рассматривать? На базе стержня рассмотрения развития параллелизма обработки информации в вычислительных системах. Естественно здесь будут привлекаться исторические аспекты. Ирассматривая всё более новые и новые уровни развития параллелизма, достигнутые разработчиками вычислительной техники, на примере машин, наиболее хорошо отражающих появление и реализацию этих идей, мы и будем вести рассмотрение нашего курса. В какой-томере будет повторение, может быть в несколько новом аспекте, некоторых моментов, которые у вас были и в курсе ЭВМ, и программирования, может быть ещё где встречались.

Вэтом нет ничего плохого, это только хорошо и послужит вам для закрепления этого всегоматериала.Конечно, есть компромисс между тем, что решается аппаратно (на уровне hardware), итем, что решается программно (на уровне software). Этот компромисс существовал всегда. Вкакой-то момент, hardware, развившись до какого-то уровня, позволило существенно развитьsoftware. Кстати, есть очень интересный момент в этом смысле при создании машиныБЭСМ-6. Когда была создана машина БЭСМ-6, вдруг было создано 5 операционных систем,6 автокодов (языков и, соответственно, трансляторов ассемблера с этих языков).

Потом, вконечном счёте, конечно, всё это свелось к одной-двум системам, активно используемым ихорошо поддерживаемым. Зачем всё это было произведено? Казалось, что в каждом конкретном случае есть определённые причины. Например, в Институте прикладной математики (ИПМ), который возглавлял президент академии наук Мстислав Всеволодович Келдыш,он очень ревниво относился к приоритету своей организации в самых разных вопросах: ввопросах вычислительной математики и в вопросах программного обеспечения.

Поэтомупоявилась ОС ИП. Казалось бы в этом причина. Появились операционные системы вариантына Урале, появилась операционная система, естественно, в организации, создавшей машину— Институт точной механики и вычислительной техники, Ленинский, 51. Тут и Лев Николаевич Королёв, Виктор Петрович Иващенко, заведующий кафедрой системного программирования, и ваш покорный слуга являются альма-матер, для которого кроме, естественно,факультета это этот институт во главе с академиком Сергеем Алексеевичем Лебедевым —основателем отечественной вычислительной техники.

Оттуда, собственно, сюда пришёл ЛевНиколаевич Королёв, ну и продолжает работу ту же самую: создание новых машин и программного обеспечения. Институт покинул, но работает параллельно в том же направлении.5Вот казалось бы, что везде есть своя причина появления нескольких ОС и автокодов.На самом деле, это были поводы. А причина была очень глубокой: появилась среда (машинная) и возможность развить себя, создать сложную программную систему, т.е. таким образом развить своё мышление на имеющихся средствах, т.е. в машине (создать для неё).

И готовые к этому коллективы, где эта потребность существовала, она прорвалась, и люди сделали эти вещи, развив тем самым себя и создав основу для затем продолжения разработкидругих. Т.е. речь идёт вот о чём: в своё время постулаты диалектического материализма (этовещь наблюдательная, это выводы, сделанные на основе наблюдения окружающего нас мира). Вот одним из положений диалектического материализма было такое (потом это положение убрали и понятно почему): мир развивается по законам развития живой и неживой природы, нам неподвластным. Отсюда следует, что это либо от божественного начала, либо от«большого взрыва» — образовались какие-то физические константы и всё дальше идёт. Человек может лишь временно ускорить где-то или замедлить этот процесс, но повлиять кардинально на его изменение не может.

И действительно, повинуясь этому закону, вот этипоявились параллельные разработки. Потом этот постулат убрали, потому что никак не совпадало с руководящей и направляющей ролью коммунистической партии. Точно так же, повинуясь этому закону развития производительных сил, сразу несколько групп исследователей пришли к разработке вычислительных машин.Первой вычислительной машиной считается машина ENIAC, разработанная американскими учёными Джоном Мачли и Джоном Проспером Экертом (на электронных лампах).Эта машина была не машиной с хранимой в памяти программой. Это была электронная вычислительная машина, но программа набиралась на штекерных устройствах. Поэтому полностью электронной вычислительной с хранимой программой назвать нельзя. Тем не менее,считается первой электронной вычислительной машиной.

Но параллельно с американцамишла разработка и у нас С.А.Лебедевым в Киеве тогда (потом уже и здесь). Сам он родился вНижнем Новгороде в 1902 году, и он также развил эти идеи. Он был одним из беднейшихмировых учёных электротехники: расчёт линий электропередач, регулировки электрогенераторов, у него было много книг. И вот будучи 40 с чем-то лет отроду, он занялся созданиемвычислительных машин. Дело в том, что тогда на специальных анализаторах, моделирующих решение дифференциальных уравнений на процессах протекания электрического тока,проводились расчёты, и это их устраивало: и точность и время. И, видимо, это толкнуло нато, чтобы создавать средства расчетов, которые ему были необходимы в своей активной деятельности. Потом он полностью переключился на деятельность в области вычислительныхмашин.

И уже в 50-м году появилась Малая электронная счетная машина (МЭСМ) в Киеве,она была самой производительной машиной в Европе, которая была уже машиной с хранимой в памяти программой.Параллельно с Лебедевым этими же вопросами занимался и другой отечественныйисследователь и его группы — это Исаак Семёнович Брук. И если Лебедевым была основанашкола высокопроизводительных машин, то Брук — школа малых машин, управляющих машин, которые предназначались для управления различными производственными объектами,для малых вычислений.Так вот смотрите: оба родились в 1902 году с разницей в несколько дней (Лебедев — 2го ноября, а Брук — 8-го ноября), оба сдали первые вычислительные машины (Лебедев вКиеве, Брук в Москве) в одном и том же 51-м году почти одного и того же числа (25 декабря)Государственной комиссии. Оба умерли в 1974 году с разницей в 2 месяца.