1631124674-6a00ac47f208bd132d328527d69fe75d (848586), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена — американского математика и физика, на фирме IBM не была запущена машина «Марк-1 », впервые реализовавшая идеи Бэббиджа.

Для представления чисел в ней были использованы механические элементы, для управления — электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.

Однако появление релейных машин безнадежно запоздало, и они были очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надёжными.Подлинная революция в вычислительной технике произошла в связи с применением электронных устройств. Работа над ними началась в конце 30-х годов одновременно в США, Германии, Великобритании и СССР.

К этому времени электронные лампы, ставшие технической основой устройств обработки и хранения цифровой информации, уже широчайшим образом применялись в радиотехнических устройствах.

Первой действующей ЭВМ стал ENIAC (электронно-числовой интегратор и вычислитель) (США, 1945–1946 гг.). Руководили её созданием Джон Моучли и Преспер Эккерт, продолжившие начатую в конце 30-х годов работу Джорджа Атанасова. Весил ENIAC почти 30 тонн, разместив на своем теле 17468 ламп, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов. Сейчас, конечно, вычислительная мощность ENIAC, в сравнении даже с нашими домашними ПК, смешная: около 5000 операций сложения в секунду. Энергопотребление машины равнялось 150 кВт, что вполне достаточно для обеспечения небольшого завода.

Практически одновременно велись работы над созданием ЭВМ в Великобритании. С ними связано прежде всего имя Аллана Тьюринга — математика, внесшего также большой вклад в теорию алгоритмов и теорию кодирования. В 1944 г. в Великобритании была запущена машина «Колосс ».

Эти и ряд других первых ЭВМ имели недостаток: программа не хранилась в памяти машины, а набиралась достаточно сложным образом с помощью внешних коммутирующих устройств.

Огромный вклад в развитие электронной вычислительной техники внес американский математик Джон фон Нейман. Совокупность «принципов фон Неймана» породила классическую архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов — принцип хранимой программы — требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в неё закладывается исходная информация. Первая ЭВМ с хранимой программой EDSAC была построена в Великобритании в 1949 г.

Первая отечественная ЭВМ – МЭСМ («малая электронно-счётная машина»). Была создана в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Рекордной среди них и одной из лучших в мире для своего времени была БЭСМ-6 («большая электронно-счетная машина, 6-я модель»), созданная в середине 60−х годов и долгое время бывшая базовой машиной в обороне, космических исследованиях, научно-технических исследованиях в СССР.

Кроме машин серии БЭСМ выпускались и ЭВМ других серий — «Минск », «Урал », М-20, «Мир » и другие, созданные под руководством И.С.Брука и М.А.Карцева, Б.И.Рамеева, В.М.Глушкова, Ю.А.Базилевского и других отечественных конструкторов и теоретиков информатики.

6.Поколения ЭВМ в 1950–1980 г. (Агзямова)

сиппо

Основные различия между первым и вторым поколением ЭВМ.

Стали использовать транзисторы, в качестве миниатюрной и более эффективной замены электровакуумным лампам.

Основные различия между вторым и третьим поколением ЭВМ.

Бурный рост использования компьютеров начался с т. н. «3-им поколением» вычислительных машин. Начало этому положило изобретение интегральных схем.

Основные различия между третьим и четвертым поколением ЭВМ.

Появление микропроцессоров привело к разработке микрокомпьютеров — небольших недорогих компьютеров, которыми могли владеть небольшие компании или отдельные люди. Микрокомпьютеры, представители четвёртого поколения, первые из которых появился в 1970-х, стали повсеместным явлением в 1980-х и позже.

Мультипрограммирование - способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находятся одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.

Из слайдов:

7.Архитектура многопроцессорных вычислительных систем. (Каменев)

Традиционно МВС делятся на системы с распределенной и с общей памятью, хотя сейчас они чаще бывают гибридными, т.е. каждый процессор имеет память, общую с несколькими “соседними” процессорами, но она же доступна остальным “дальним” процессорам только через более медленную соединительную шину.

Типичная конфигурация супер-компьютера —кластер-сеть из нескольких десятков или сотен вычислительных узлов, соединенных по принципу “каждый с каждым”. Отдельный узел состоит из двух, например, центральных процессоров (CPU-Central Processor Unit), имеющих общую многоуровневую оперативную память, а также графических вычислительных устройств с несколькими сотнями облегченных ядер для быстрого выполнения арифметических операций: ускорители типа GPGPU (General Purpose Graphic Processor Unit) или Intel Phi.

Альтернативная архитектура МВС — это сервер, включающий до нескольких десятков процессоров (ядер) с общей памятью. Такой компьютер имеет меньшие коммуникационные потери при вычислениях, но его создание резко усложняется и дорожает при увеличении количества процессоров.

Отдельный процессор содержит несколько арифметических устройств (сумматоры, умножители и т.п.) со сверхбыстрыми регистрами памяти, где могут размещаться два-три десятка вещественных чисел, над которыми выполняются операции, а также очень быструю память (но медленнее регистров CPU) под названием кэш. Объем кэша ограничен и позволяет хранить всего лишь несколько тысяч вещественных чисел. Кэш имеет внутренние уровни: нижний уровень, через который происходит передача данных регистрам, имеет наибольшую скорость и наименьший объем, с повышением уровня его скорость замедляется, но объем – увеличивается. Управление этими устройствами, как правило, осуществляется компилятором (переводит программный текст в набор машинных кодов), и его средства прикладному программисту недоступны. Последние модели компьютеров являются многоядерными, а их главная особенность заключается в том, что несколько вычислительных ядер располагаются на одном кристалле (чипе) и имеют общий кэш.

Компьютеры содержат обязательно и дисковую память (очень большую, но слишком медленную), которая используется в процессе решения задач только при дефиците оперативной памяти, поскольку это снижает производительность расчетов (своппинг-перемещение фрагментов памяти из ОЗУ во вторичное хранилище).

Предположительно, архитектура МВС в ближайшее десятилетие не претерпит революционных изменений (хотя создаются квантовые компьютеры) и будет эволюционировать в направлении гетерогенных многопроцессорно-многоядерных вычислительно-информационных сетей, использующих в узлах ускорители типа графических процессорных элементов (GPU, которые уже успешно применяются для арифметических задач) или/и программируемых логических интегральных схем (реконфигурируемые ПЛИС, или FPGA –Field Programable Gate Array). Что касается аппаратной инфраструктуры, то здесь на крайних позициях находятся многоядерные “персональные суперкомпьютеры” и голиафы – “датацентры” (Data Center, или ЦОД – центр обработки данных, или же ВЦКП – вычислительный центр коллективного пользования) с супер-МВС экстремальной производительности.

Среди новейших суперкомпьютеров можно отметить ПЛИС (FPGA – Field Programable Gate Array)– программируемые логические интегральные схемы, которые призваны осуществить давнюю мечту математиков-вычислителей и прикладных программистов – конструирование ЭВМ “под задачу или алгоритм”.

В целях распараллеливания вычислительных процессов пользователю предоставляется программная система передачи сообщений MPI (Message Passing Interface), обслуживающая МВС с распределенной памятью и содержащая командный язык для информационных обменов между процессорами. Реализация расчетных схем в многопроцессорных компьютерах с общей памятью осуществляется с помощью программных средств типа OpenMP, принцип действия которых несколько другой. Если информационная структура алгоритмического фрагмента позволяет независимое исполнение в разных вычислительных потоках (threads), то они явно описываются программистом, и при этом каждый поток обрабатывается на своем процессоре без коммуникационных потерь (исключение составляют так называемые конфликты памяти, когда разные потоки обращаются к одинаковым данным). Кроме того на сверхбыстрых регистрах ядер с помощью их командных директив типа AVX можно организовывать векторизацию вычислений с детальным учетом особенностей доступа к памяти нижнего уровня.

Таким образом, продвинутое программирование больших задач основано на гибридной технологии, в которой формируется до четырех уровней распараллеливания. В данном случае пользователь должен сам провести модульный анализ алгоритмов и указать, какие их фрагменты нужно выполнять с помощью потоковых вычислений на многопроцессорных узлах с общей памятью, а какие чередуются с межузловыми обменами средствами MPI. Как видно из краткого изложения принципов распараллеливания алгоритмов, это занятие не для слабонервных и требует достаточно высокой специальной подготовки.

8.Организация памяти и коммуникаций на МВС (Болдинов)

Память по типу делится на:

• Общая(shared) - одно адресное поле для всех процессорных элементов. Такой тип организации обеспечивает однородный доступ к памяти (uniform memory access UMA)

• Распределенная(distributed) - локальное адресное пространство для каждого процессора. Тогда физический доступ к общей памяти не будет одинаковым (non-uniform memory access NUMA). Например: системы имеющие только локальную кэш память процессоров.

Существуют коммуникации “процессор-процессор”, “память-процессор”.

Вычислительные модули(ВМ) (процессор и память) могут взаимодействовать через одну общую шину или через несколько шин(что эффективнее, но затратнее).

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)