инфопособие2011
.pdf
Информатика |
43 |
|
|
совместимые с серией PDP. В рамках программы «Ряд-2» были созданы две операционные системы ДОС-3 и ОС-6.0.
ЭВМ третьего поколения, как правило, программно-совместимы снизу вверх, их частью становятся операционные системы, которые стали брать на себя задачи управления памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами. Появились системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР), совершенствуются АСУ и АСУТП. Создаются пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения. Появляются новые и совершенствуются существующие языки программирования, их количество достигло уже 3000.
3.4 Четвѐртое поколение
Дальнейшее совершенствование технологии позволило создать
сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) (рис. 3.8 а), содержащие
100000 транзисторов и более. Именно СБИС стали основой элементарной базы компьютеров четвертого поколения(1975-1990???). Процессор, реализованный на одной СБИС, получил название
микропроцессора (рис. 3.8 б).
а) сверхбольшие интегральные схемы |
б) микропроцессор |
Рисунок 3.8 Элементная база ЭВМ четвертого поколения
Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов: микро-ЭВМ, персональные компьютеры,
44 |
Глава 3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ |
|
|
специальные ЭВМ, ЭВМ общего назначения и супер-ЭВМ. Но из этого многообразия, лишь ПК и супер-ЭВМ определяют лицо четвертого поколения.
ЭВМ четвертого поколения можно характеризовать тремя основными показателями: элементной базой (СБИС), персональным характером использования (ПК) и нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ).
Элементная база способствовала миниатюризации ВТ, повышению ее надежности, позволила создавать мини- и микро-ЭВМ по своим возможностям превосходящие большие ЭВМ предыдущего поколения.
Основой для создания ПК стало создание универсального процессора на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году и содержал 2250 элементов, а в 1974 году был создан микропроцессор Intel 8080, содержащий уже 4500 элементов и послужил основой для создания первого ПК - Altair-8800. Этот компьютер рассылался по почте, стоил 397 долларов и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор
сязыка Basic.
В1979 году выпускается 16-битный микропроцессор Motorola-68000
с70000 элементами, в 1981 году – 32-битный HewleyPackard с 450 тысячами элементами.Приступили к производству компьютеров фирмы
AppleComputers, TandyRadioShark, Commodore. В 1981 году фирма IBM
начинает выпуск PC/XT/AT и PS/2
Начала формироваться ПК-индустрия. Лавинообразно растет программное обеспечение, направленное не только на решение производственных и научных задач, а удовлетворяющее потребности рядовых граждан, в том числе и ПО для развлечений. С каждым годом парк персональных компьютеров увеличивается, появляются все новые модели с новым интуитивно-понятным интерфейсом программного обеспечения, включая операционные системы. Для того чтобы сориентироваться в мире ПК для пользователей и программистов начинают выходить популярные журналы и газеты, устраиваться выставки, задействована реклама. Учебные заведения готовят специалистов различного профиля, для работы на персональных компьютерах и для разработки для них программного обеспечения.
Подробно, структура, состав, программное обеспечение персональных компьютеров будет рассмотрены далее.
В рамках четвертого поколения происходит дальнейшая интеллектуализация ВТ, определяемая созданием более развитых интерфейсов ―человек-ЭВМ‖, баз знаний, экспертных систем, систем
Информатика |
45 |
|
|
параллельного программирования и др. Проявляется тенденция создания ЭВМ под программное обеспечение, а не наоборот. Возрастает доля функций ОС, повышается уровень машинного языка. За счет повышения качества каналов связи развивается телекоммуникационная обработка информации (создание глобальных компьютерных сетей).
Таблица 3.1.Поколения ЭВМ и их основные характеристики
Поколения |
Первое |
Второе |
Третье |
Четвертое |
ЭВМ |
(1949-1958) |
(1959-1963) |
(1964-1976) |
(1977... |
|
|
|
|
|
Элементная |
Электронные |
Транзисторы, |
ИС, СБИС |
Сверхбольшие |
база ЭВМ |
лампы, реле |
параметроны |
|
ИС (СБИС) |
Производитель |
до 3х105 о/с |
до 3х106 о/с |
до 3х107 o/c |
более |
ность |
|
|
|
3х107 o/c |
центрального |
|
|
|
|
процессора |
|
|
|
|
Тип |
триггеры, |
миниатюрные |
полупроводник |
полупроводнико |
оперативной |
ферритовые |
ФС |
овая БИС |
вая |
памяти (ОП) |
сердечники |
|
|
СБИС |
|
(ФС) |
|
|
|
Объем ОП |
до 64 Кб |
до 512 Кб |
до 16 Мб |
более 16 Мб |
Типичные |
EDSAC |
RCA-501, |
IBM/360, |
IBM/370, |
модели |
ENIAC |
IBM-7090, |
PDP, VAX, |
SX-2, |
поколения |
UNIAC |
БЭСМ-6 |
ЕС ЭВМ, |
IBM PC/XT/AT, |
|
БЭСМ |
|
СМ ЭВМ |
PS/2, Cray, сети |
Характерное |
Коды, автокоды, |
Языки |
ППП, |
БЗ, ЭС, системы |
программное |
ассемблеры |
программиро- |
СУБД, САПРы, |
параллельного |
обеспечение |
|
вания, |
ЯВУ, |
программирован |
|
|
диспетчеры |
операцион-ные |
ия |
|
|
АСУ, АСУТП |
системы |
|
ПК четвертого поколения по своим возможностям уже превосходят многие мощные ЭВМ третьего поколения. Никого уже не удивляет, что память современных ПК превышает уже сотни мегабайт, а память жесткого магнитного диска имеет размерность в гигабайтах и даже в тетрабайтах. Компьютер оснащен не только дисководами для гибких дисков, но и устройством для считывания информации с компакт-дисков.
3.4 Супер-ЭВМ
Несмотря на то, что персональные компьютеры мы видим везде, производство компьютеров не ограничивается только ими. Для решения научных задач, задач повышенной сложности, для управления сложными объектами необходимы ЭВМ, возможности которых гораздо больше, чем
46 |
Глава 3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ |
|
|
даже самые мощные ПК, это – супер-ЭВМ. Для супер-ЭВМ характерна высокая производительность (не менее 2х107 о/с) и нетрадиционная архитектура.
Первой супер-ЭВМ можно считать Amdahl 470V16 (1975) и совместимую с IBM-серией. К началу 90-х годов ХХ века к классу суперЭВМ относят модели, имеющие среднее быстродействие 20 мегафлопсов (1 мегафлопс = 1 млн. операций с плавающей точкой в секунду). Первой моделью такой производительности является ILLIAC-IV (1966, США), затем появилась Cray-серия (с 1976 года) – быстродействие 130 мегафлопсов, Cyber 205 (400 мегафлопсов), RP-3, FACOM VP-200, SK-2.
а) Amdahl 470V16 (1975 г.) |
б) ILLIAC-IV (1966 г.) |
Рисунок 3.9 Первые супер-ЭВМ
В процессе реализации Советских стратегических интересов в новой военной технике и в крупных научно-технических проектах, начиная с 60-х годов, в СССР возникает потребность в создании мощных вычислительных средств для решения следующих задач в интересах Министерства обороны:
обслуживание полетов космических аппаратов и обработка получаемой информации (Советская космическая программа);
сбор и обработка спутниковой, телеметрической, радиолокационной информации в военных и гражданских целях (коммуникационные системы и средства связи);
оперативная обработка бортовой информации и управления подвижными и удаленными объектами (военно-морские и военно-воздушные силы);
Информатика |
47 |
|
|
проведение научно-технических расчетов и моделирование при конструировании новых образцов военной техники (особенно летательных аппаратов и средств морского базирования);
проведение научно-технических расчетов и управление сложными техническими комплексами и физическим экспериментом (термоядерный синтез и т. п.).
Поэтому Советском Союзе началась работа над созданием отечественных супер-ЭВМ серии «Эльбрус», а также ЕС 1191 и ЕС 1766. Компьютер «Эльбрус-1» был построен в 1978 году на 15 лет раньше западных машин и воплотил принципы суперскалярной архитектуры. «Эльбрус-2» имел идентичную архитектуру, но более совершенную элементную базу.
а) «Эльбрус – 1» |
б) ЕС – 1066 |
Рисунок 3.10 Первые советские супер-ЭВМ
В 1986 году началась разработка «Эльбруса-3», основанная на совершенно новых архитектурных идеях. В «Эльбрусе-3» впервые в мире были реализованы явныйпараллеризм на уровне операций и широкое командное слово – принципы, которые составляют основы современной технологии EPIC (explicitlyparallelinstructioncomputing).
48 |
Глава 3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ |
|
|
Вначале 90-х годов в учебниках и статьях, посвященных истории развития компьютерной техники появлялись пессимистичные утверждения, что после прекращения работы над «Эльбрусами», в силу известных событий, возврат к ней в дальнейшем вряд ли произойдет, но идеи, заложенные в архитектуру, были настолько революционными, что с 1992 года между фирмой Sun и группой специалистов-разработчиков «Эльбрусов» (Московский «Центр SPARC-технологий» (МЦСТ)) заключен контракт, предполагающий реализацию идей заложенных в «Эльбрусе-3» на западных технологиях. А в 2000 году компанией МЦСTбыл создан процессор «Эльбрус-2000» (E2r) в котором воплощены идеи «Эльбруса-3» в доработанном и усовершенствованном виде. На основе этих идей созданы также процессоры Crusoe компанией Transmeta и IA-64 фирмами Intelи HP.
В1999 году усилиями российских НИИ («Квант», института прикладной математики РАН) и промышленных предприятий создан 96-
процессорнный супер-компьютер МВС-1000 производительностью 1 млрд. о/с с телекоммуникационным доступом в том числе и по Internet.
Мощность современных суперкомпьютеров достигает 10,51 петафлопс и скорость их все время увеличивается. По состоянию на июнь 2011 года система KCоmputer(рис. 3.11)имела 68 544 8-ядерных процессора Sparc64VIIIf, что составляло 548 352 вычислительных ядра, произведенных компанией Fujitsu по 45-нанометровому техпроцессу.
Рисунок 3.11 Суперкомпьютер KComputer фирмы Fujitsu
Суперкомпьютеры применяются там, где нужно быстро произвести расчеты огромного объема. К таким задачам относятся
Проектирование инженерных сооружений, автомобилей, судов и летательных аппаратов
Информатика |
49 |
|
|
Проектирование электронных и полупроводниковых устройств Вычислительная гидродинамика (CFD)
Моделирование атмосферы и мирового океана, предсказание
погоды
Различные задачи математической физики Астрофизика и космические исследования
Молекулярные науки, генетика, медицина и разработка лекарственных препаратов
Параллельные СУБД, электронная коммерция и информационные системы
Виртуальная реальность и визуализация, обработка изображений Атомная энергетика и военные задачи
Бортовые, встроенные, real-time системы
В настоящее время суперкомпьютерами оснащены ведущие вузы России. Так в МГУ имени М.В Ломоносова установлен отечественный суперкомпьютер «СКИФ МГУ» — совместная разработка МГУ, Института программных систем РАН и компании «Т-Платформы», выполненная в рамках суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» Союзного государства России и Белоруссии. Это суперкомпьютер, работы над усовершенствованием которого продолжаются занимал 36-е место в рейтинге TOP500. Его пиковая производительность составляет 60 Тфлопс, а в тесте Linpack – около 47 Тфлопс. Всего за все время существования суперкомпьютеров «СКИФ» пять из них входило в рейтинг TOP500.
В Сибирском федеральном университете также есть свой суперкомпьютер, установленный в институте космических и информационных технологий (ИКИТ СФУ). Это суперкомпьютер с кластерной архитектурой в состав которого входят 224 вычислительных узла IBM BladeCenterHS21 Cluster, при установке, он также входил в список
TOP500 (рис. 3.12).
3.5Пятое поколение?
Пятое поколение компьютеров в значительной мере его черты определяются результатами работы японского Комитета научных исследований в области ЭВМ пятого поколения, опубликованными в 1981 г. Отчет Комитета имел огромный резонанс в научном мире, несмотря на национальный характер. Авторы проекта поставили целью наметить план информатизации, направленный на содействие решению актуальнейших проблем японского общества. Ввиду же высокого уровня развития Японии он несомненно представлял интерес для остального мира и оказал большое влияние на развитие компьютерной информатики во всех развитых странах. Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения
50 |
Глава 3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ |
|
|
помимо более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, вполне обеспечиваемые СБИС и другими новейшими технологиями, должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:
Обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализацииэффективных систем ввода/вывода информации голосом и изобразительной; диалоговой обработки информации с использованием естественных языков; возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ);
Упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках; усовершенствовать вспомогательныеинструментальные средства и интерфейс разработчиков с вычислительными средствами;
Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качестваВТ для удовлетворения различных социальных задач; улучшить соотношения затрат и результатов, быстродействия, легкости и компактностиЭВМ; обеспечить их разнообразие, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации.
Рисунок 3.12 Суперкомпьютер Сибирского федерального университета
Информатика |
51 |
|
|
|
|
И как указывалось в книге известных специалистов в |
области |
|
информатизации В.З. Аладьева, Ю.Я Хунта и М.П. Шишакова |
«Основу |
|
информатики» 1998 года: «Специалисты оценили данный проект как чрезвычайно трудный, но в целом ряде ведущих научно-исследовательских и проектно-конструкторских центров уже ряд лет велись интенсивные проработки в этом направлении. Среди разработок в рамках данного проекта можно отметить следующие основные направления: разработка высокопроизводительных средств параллельной обработки информации, устройства Перевода с японского языка на английский посредством голоса, параллельную ЭВМ логического вывода, информационно-вычислительную сеть на 10 000 автоматизированных рабочих мест, процессоры баз данных и знаний. По ряду этих направлений достигнут существенный прогресс.Большое внимание уделяется созданию компьютерных систем распознавания образов и искусственного зрения, созданию интеллектуальных |роботов и др. Особое внимание уделяется проблеме обеспечения надежности ВТ, включая самотестирование и использование элементов искусственного интеллекта для диагностики сбоев. Разрабатываются и частично реализованы проекты глобальных информационно-вычислительных сетей, уже меняющих общественную идеологию.
Детальный анализ показывает, что целый ряд проектов в рамках создания пятого поколения имеет хорошую теоретическую проработку и технически осуществимы в самое ближайшее время».
Но далее, вычислительная техника и системы коммуникаций, непосредственно связанные с ней стали развиваться бурно и не всегда укладываясь в рамки выбранного направления. Итогом стал отказ от выполнения намеченных планов и переход к созданию компьютеров шестого поколения (решение японского Министерства труда и промышленности 1991 года о прекращении программы по компьютерам пятого поколения) , а именно электронным и оптоэлектронным компьютерам с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Если 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, то 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
52 |
Глава 3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ |
|
|
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. 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.
В табл. 3.2 показана эволюция компьютерных технологий.
Изменилось и основное назначение компьютеров, заложенное в самом их названии (computer – значит вычислитель), теперь вычислительные возможности компьютеров используются в повседневной жизни очень и очень мало. Персональный компьютер, его настольный вариант, является большим подспорьем в учебе и работе. Он является идеальной пишущей машинкой, с его помощью можно создавать проекты, презентации, он может быть частью информационной системы, управляющей технологическими процессами, систем наблюдения и пр., и пр.) Появились новые компьютеры, совмещающие в себе ранее не присущие им функции (телефонная связь, кино- и фотокамера, радио, телевидение, навигация и т.д.)