Архитектурные особенности и организация функционирования вычислительных машин различных классов.

Суперкомпьютеры и кластерные системы.

Перспективы развития вычислительных средств.

Технические средства человеко-машинного интерфейса.

(Слайд 1)

1. Типовые вычислительные структуры - суперкомпьютеры.

1.1. История создания

1.2. Эволюция суперкомпьютеров и недавние планы их создания

1.3. Некоторые современные суперкомпьютеры 2012 года

1.4. Рейтинг суперкомпьютеров ТОР-500 за 2012 год.

1.5. Современные отечественные суперкомпьютеры

2. Персональные суперкомпьютеры.

3. Типовые вычислительные структуры - кластерные системы

4. Организация функционирования ВС

5. Перспективы развития вычислительных средств. Технические средства человеко-машинного интерфейса.

1. Типовые вычислительные структуры - суперкомпьютеры.

В общем виде, под суперкомпьютером принято понимать высокопараллельную многопроцессорную ВС с быстродей­ствием порядка от 100 000 MFloPS; емкостью оперативной памяти от 10 Гбайт, дисковой памяти от 10 Тбайт (1 Тбайт = 1000 Гбайт) и разрядностью 64-128 бит (Слайд 2).

Производительность современных суперкомпьютеров измеряется в терафлопах (триллионах операций с плавающей запятой в секунду) и петафлопах (квадрильонах операций с плавающей запятой в секунду). Иногда используются термины «терафлопс» и «петафлопс».

Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с). Время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд. операций/с становится соиз­меримым со временем выполнения одной операции.

В суперкомпьютерах используются три варианта архитектуры МПВС (Слайд 3):

• МКМД - структура в классическом ее варианте (например, в раннем классическом суперкомпьютере ЭБР фирмы Burrought);

• параллельно-конвейерная модификация, иначе MМКОД, то есть многопроцессор­ная МКОД -структура (например, в первых отечественных суперкомпьютерах «Эльбрус 3,4»);

• параллельно-векторная модификация, иначе MОКМД, то есть многопроцессор­ная ОКМД -структура (например, в современных суперкомпьютерах Cray).

Наибольшую эффективность показала MОКМД - структура, поэтому в современ­ных суперкомпьютерах чаще всего используется именно она (суперкомпьютеры фирм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi и т. д.).

Суперкомпьютеры можно использовать для моделирования систем безопасности, двигателей машин, расчета траектории движения тайфунов, планирования и оптимизации грузоперевозок, для видеомонтажа, спецэффектов и анимации в кино и на телевидении и многих других сложных задач.

1.1. История создания (Слайд 4).

Первый суперкомпьютер был задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина ILLIAC-IV с производительностью 20 MFloPS), начиная с 1974 года лидерство в разработке суперкомпьютеров захватила фирма Gray Research.

В СССР, начиная с 70-х годов ХХ века, практически все ЭВМ, малые ЭВМ и ПК за редким исключением (ЭВМ «Рута 110») копировали зарубежные разработки и, в первую оче­редь, разработки фирм США. Но среди лучших суперкомпьютеров в свое время были и оригинальные отечественные суперкомпьютеры.

В СССР была разработана, реализовывалась государственная программа разработки суперкомпьютеров, впоследствии практически замороженная. В рамках этой программы были разработаны и выпущены как суперкомпьютеры, по­вторяющие архитектуру Cray («Электроника СС БИС»), так и оригинальные разработ­ки: ЕС 1191 (1200 MFloPS), офисные варианты ЕС 1195 (50 MFloPS), ЕС 1191.01 (500 MFloPS), ЕС 1191.10 (2000 MFloPS) и «Эльбрус» модификаций 1,2,3.

Суперкомпьютер «Эльбрус ЗБ» в процессе разработки достиг производительности 20 000 MFloPS.

Использовались операционные системы «Эльбрус» и UNIX, поддерживающие боль­шое число языков программирования: Эль, Фортран, Паскаль, Кобол, Пролог и т. д.

Для суперкомпьютера «Эльбрус» был разработан «Эль2К» - один из первых в мире микропроцессоров имеющий VLIW-архитектуру.

В декабре 1996 года фирма Intel объявила о создании суперкомпьютера Sandia, впервые в мире преодолевшего терафлопный барьер быстродействия. За 1 час 40 минут компьютер выполнил 6,4 квдрл. вычислений с плавающей запя­той.

Конфигурация представляла собой 57 шкафов, содержащих более 7000 процессоров Pentium Pro с тактовой частотой 200 МГц и оперативную память 454 Гбайт. Окон­чательный вариант суперкомпьютера имел производительность 1,4 TFLoPS. Он состоит из 86 шкафов общей площадью 160 кв. м. В этих шкафах размещается 573 Гбайт оперативной и 2250 Гбайт дисковой памяти. Масса компьютера состав­ляла около 45 тонн, а пиковое потребление энергии — 850 кВт.