Шестое поколение (1990–)

На ранних стадиях эволюции вычислительных средств смена поколений ассоциировалась с революционными технологическими прорывами. Каждое из первых четырех поколений имело четко выраженные отличительные признаки и вполне определенные хронологические рамки. Последующее деление на поколения уже не столь очевидно и может быть понятно лишь при ретроспективном взгляде на развитие вычислительной техники. Пятое и шестое поколения в эволюции ВТ — это отражение нового качества, возникшего в результате последовательного накопления частных достижений, главным образом в архитектуре вычислительных систем и, в несколько меньшей мере, в сфере технологий.

Поводом для начала отсчета нового поколения стали значительные успехи в области параллельных вычислений, связанные с широким распространением вычислительных систем с массовым параллелизмом. Особенности организации таких систем, обозначаемых аббревиатурой MPP (massively parallel processing), будут рассмотрены в последующих разделах. Здесь же упрощенно определим их как совокупность большого количества (до нескольких тысяч) взаимодействующих, но достаточно автономных вычислительных машин. По вычислительной мощности такие системы уже успешно конкурируют с суперЭВМ, которые, как ранее отмечалось, по своей сути являются векторными ВС. Появление вычислительных систем с массовым параллелизмом дало основание говорить о производительности, измеряемой в TFLOPS (1 TFLOPS соответствует 1012 операциям с плавающей запятой в секунду).

Вторая характерная черта шестого поколения — резко возросший уровень рабочих станций. В процессорах новых рабочих станций успешно совмещаются RISC-архитектура, конвейеризация и параллельная обработка. Некоторые рабочие станции по производительности сопоставимы с суперЭВМ четвертого поколения. Впечатляющие характеристики рабочих станций породили интерес к гетерогенным (неоднородным) вычислениям, когда программа, запущенная на одной рабочей станции, может найти в локальной сети не занятые в данный момент другие станции, после чего вычисления распараллеливаются и на эти простаивающие станции.

Наконец, третьей приметой шестого поколения в эволюции ВТ стал взрывной рост глобальных сетей. Этот момент, однако, выходит за рамки данной книги, поэтому далее комментироваться не будет.

Завершая обсуждение эволюции ВТ, отметим, что верхняя граница шестого поколения хронологически пока не определена и дальнейшее развитие вычислительной техники может внести в его характеристику новые коррективы. Не исключено также, что последующие события дадут повод говорить и об очередном поколении.

.Области применения микропроцессоров

При построении различных микропроцессорных систем учету подлежат различные технические и производственно-технологические факторы, влияющие на эффективность использо-вания систем в аппаратуре. Состав аппаратуры МПС должен обес-печивать:

- простое наращивание разрядности и производительности,

- возможность широкого распараллеливания вычислитель-ного процесса,

- эффективную обработку алгоритмов решения различных задач,

- простоту технической и математической эксплуатации.

Сама МПС, будучи оснащенной разнообразными устройст-вами ввода - вывода (УВВ) информации, может применяться в ка-честве законченного изделия. Однако часто к МПС необходимо подавать сигналы от множества измерительных датчиков и испол-нительных механизмов какого - либо сложного объекта управле-ния или технологического процесса. В этом случае уже образуется сложная вычислительная система, центром которой является МП.

Простые в архитектурном исполнении микропроцессоры применяются для измерения временных интервалов, управления простейшими вычислительными операциями (в калькуляторах), работой кино-, фото-, радио- и телеаппаратуры. Они используются в системах охранной и звуковой сигнализации, приборах и уст-ройствах бытового назначения. Бурно развивается производство электронных игр с использованием микропроцессоров.

Важной функцией МП является предварительная обработ-ка информации с внешних устройств (ВУ), преобразования форма-тов данных, контроллеров электромеханических внешних уст-ройств. В аппаратуре МП дает возможность производить контроль ошибок, кодирование - декодирование информации и управлять приемо-передающими устройствами. Их применение позволяет в несколько раз сократить необходимую ширину телевизионного и телефонного каналов, создать новое поколение оборудования свя-зи.

Использование МП в контрольно-измерительных приборах и в качестве контрольных средств радиоэлектронных систем дает возможность проводить калибровку, испытание и поверку прибо-ров, коррекцию и температурную компенсацию, контроль и управление измерительными комплексами, преобразование и об-работку, индикацию и представление данных, диагностику и лока-лизацию неисправностей.

С помощью микропроцессорных средств можно решать сложные технические задачи по разработке различных систем сбо-а и обработки информации, где общие функции сводятся к пере-даче множества сигналов в один центр для оценки и принятия ре-шения. Например, в бортовых системах летательных аппаратов за время полета накапливается большое количество информации от различных источников, требующих зачастую незамедлительной ее обработки. Это осуществляется централизованно с помощью вы-числительной системы на основе бортовой МПС.

Обобщая рассмотренные примеры использования МП, мож-но выделить четыре основных направления их применения:

- встроенные системы контроля и управления;

- локальные системы накопления и обработки информации;

- распределенные системы управления сложными объектами,

- распределенные высокопроизводительные системы парал-лельных вычислений.

Встроенные системы контроля и управления. Управляющие встроенные МПС предназначены для решения локальных задач управления объектами и могут выполнять функции контроллеров устройств, подключаемых к МПС более высоких контуров управ-ления или быть центром управляющих систем нижних контуров управления.

Использование МПС даже в простейшей схеме управления принципиально изменяет качество функционирования обслужи-ваемых им устройств. Она позволяет оптимизировать режимы ра-боты управляемых объектов или процессов и за счет этого полу-чать прямой и/или косвенный технико-экономический эффект.

Прямой технико-экономический эффект выражается в эко-номии потребляемой энергии, повышении срока службы и сниже-нии расхода материалов и оборудования. Косвенный технико-экономический эффект связан со снижением требований к обслу-живающему персоналу и повышением производительности.

Опыт показывает, что практически во всех случаях исполь-зование МПС только за счет экономии электроэнергии обеспечи-вается ее окупаемость за 1 - 1.5 года. Управление оборудованием на основе встроенных систем контроля и управления создает ре-альные предпосылки создания полностью автоматизированных производств.

Использование МПС повышает качество работы и произво-дительность оборудования, существенно снижает требования к персоналу, работающему на нем. Цифровое управление отдельны-ми единицами оборудования на различных уровнях позволяет лег-ко собирать информацию (или вызвать ее) с нижних на верхние уровни иерархической системы управления.

Локальные системы накопления и обработки информации. Уровень управления современным предприятием или учреждени-ем требует наличия для любого специалиста или руководителя достаточно большого объема специфичной информации. Это мо-жет быть обеспечено за счет применения локальных микропро-цессорных вычислительных систем.

Локальные, т. е. расположенные на рабочем месте, МПС накопления и обработки информации экономически и технически просто осуществляют информационное обеспечение потребите-лей. Объединение локальных систем между собой в сеть и дистан-ционное подключение этой сети к центральной ЭВМ с громадным информационным архивом позволяют создать завершенную авто-матизированную систему информационного обеспечения.

Внешние устройства локальных МПС могут встраиваться в корпус ЭВМ. Их устройства образуют комплект, минимально не-обходимый для проведения вычислительных работ и обработки данных. В комплект сложных локальных МПС, ориентированных на решение инженерных и научных задач, могут входить разнооб-разные внешние устройства, например, печати, визуального ото-бражения, внешней памяти, комплексирования, пульты операторов общего назначения и т. д.

Распределенные системы управления сложными объектами. Альтернативой широко распространенным системам с централь-ным процессором становятся распределенные микропроцессорные управляющие системы. В этом случае микропроцессоры и связан-ные с ними схемы обработки данных физически располагаются вблизи мест возникновения информации, образуя локальные МПС. Такое построение системы позволяет вести обработку информа-ции на месте ее возникновения, например, вблизи двигателей, ру-лей управления, тормозной системы и т. д. В этом случае связь системы с центральной системой обработки и накопления данных и создает пространственно - распределенную систему управления.

В распределенных системах достигается значительный рост быстродействия получения и обработки входной информа-ции, экономия в количестве и распределении линий связи, повы-шается живучесть, существенно развиваются возможности опти-мизации режимов управления и функционирования.

Распределенные высокопроизводительные системы парал-лельных вычислений. МПС открыли новые возможности реше-ния сложных вычислительных задач, алгоритмы вычисления кото-рых допускают распараллеливание, т. е. одновременные (парал-лельные) вычисления на многих микропроцессорах.

Системы параллельных вычислений на основе десятков, со-тен и даже тысяч одинаковых или специализированных на опре-деленные задачи микропроцессоров при значительно меньших за-тратах дают такую же производительность, как и вычислительных системах на основе мощных процессоров конвейерного типа. Соз-дание МПС с большим количеством специализированных по функциональному назначению процессоров позволяет проектиро-вать мощные ВС нового типа по сравнению с традиционными развитыми большими вычислительными системам