Основныетенденциив развитии эвм

Создание ЭВМ со все более высокой производительностью — важ­ная тенденция в развитии вычислительной техники. Она диктует­ся всем ходом развития науки и техники и определяется необхо­димостью решать все новые задачи, для которых уже достигнутый уровень производительности ЭВМ недостаточен. Среди таких задач можно назвать проведение различных вычислительных эксперимен­тов, обсчет сложных числовых моделей и т. п.

Сейчас речь идет об ЭВМ с быстродействием в сотни миллионов, а на ближайшую перспективу — в 1 и даже 10 млрд. операций/с. Такие машины называют супер-ЭВМ. Создание супер-ЭВМ связано не только с появлением соответствующей элементной базы, но и с применением новых конструктивных и архитектурных решений.

Один из центральных принципов организации супер-ЭВМ — принцип конвейера, используемый для обработки команд и данных. Принцип заключается в том, что, например, обработка команды разбивается на последовательность элементарных действий, каж­дое из которых выполняется оборудованием специального сегмен­та. Эти последовательно связанные между собой сегменты и обра­зуют конвейер обработки команд.

В предположении, что каждый сегмент выполняет работу за одно и то же среднее время, можно считать, что при непрерывной загрузке конвейера получается выигрыш в скорости обработки во столько раз, сколько сегментов содержит конвейер. Это соображе­ние относится к установившейся работе конвейера. При первона­чальном же пуске конвейера первый результат на его выходе по­лучается через промежуток времени, который называют временем разгона конвейера. Неизбежные прерывания в загрузке конвейера при работе ЭВМ требуют повторных разгонов конвейера и могут повлиять на получение максимального выигрыша во времени об­работки. Для обеспечения высокого темпа загрузки конвейера не­обходима командная буферная память.

Равномерность и непрерывность загрузки важны также и при организации конвейера обработки данных. Ее можно достичь за счет однотипной обработки больших массивов данных. Это приво­дит к векторной обработке данных, когда с помощью одной команды обрабатывается упорядоченный набор данных. Реализация век­торной обработки требует включения в состав устройства обработки данных специализированных устройств по выполнению различных векторных и скалярных операций, а необходимость загрузки их данными в высоком темпе приводит к созданию блоков буферной и специальной регистровой памяти. Все это предъявляет также повышенные требования к быстродействию основной памяти и вызывает необходимость организации параллельного доступа к ней.

Переход к векторной обработке данных требует векторизации программ, т. е. такой их организации, которая бы обеспечивала наиболее эффективное использование оборудования супер-ЭВМ. Векторизация осуществляется автоматически транслятором с язы­ка высокого уровня. Кроме того, для этих целей используются программы, написанные на языке ассемблера — языке, близком к машинному, в котором находит отражение архитектура конкрет­ной ЭВМ. Программы, написанные на языке ассемблера, вносят существенный вклад в улучшение скоростных характеристик реше­ния задачи на супер-ЭВМ.

Однако для наиболее полного использования потенциальной производительности супер-ЭВМ требуется не столько улучшение скоростных характеристик программ, сколько иной подход к кон­струированию алгоритмов. Уже при разработке алгоритма необ­ходимо учитывать возможность векторных вычислений и особен­ности конкретной супер-ЭВМ, для которой этот алгоритм разраба­тывается. Иными словами, планирование решения задачи на супер­ЭВМ с самого начала должно быть нацелено на достижение макси­мально возможной производительности.

Объединение ЭВМ разных типов и производительностей через линии связи в многомашинные комплексы (организация сетей ЭВМ) — другая тенденция развития вычислительной техники. В перспективе предполагается слияние таких сетей в единую ин­формационно-вычислительную систему страны, подобную единой энергетической системе.

Создание сетей ЭВМ связано с дальнейшим развитием режимов коллективного пользования и реального времени. Благодаря ли­ниям связи пользователи имеют возможность дистанционного до­ступа к общим ресурсам ЭВМ данной сети. Этот доступ осущест­вляется через терминал или терминальную станцию, имеющую вы­ход в линию связи. Терминальная станция пользователя должна иметь в своем составе устройства, обеспечивающие связь с сетью, и устройства, необходимые для получения сообщений и результа­тов из сети и отображения их в виде, удобном для дальнейшего использования.

В качестве терминальной станции может использоваться мини-ЭВМ или микроЭВМ, а полученные из сети данные получают окон­чательную обработку на машине и отображение на ее периферий­ных устройствах.

Создание все более мощных микроЭВМ — еще одна тенденция развития  вычислительной техники, направленная на персонализацию вычислений. Развитие персональных компьютеров связано с успехами микропроцессорной техники, так как сердцем любой персональной ЭВМ является микропроцессор.

Распространение персональных компьютеров привело к тому, что вычислительная машина станет таким же привычным предметом обихода, как телефон, магнитофон или телевизор. Однако для это­го надо изменить сам принцип взаимодействия человека с ЭВМ так, чтобы любой не владеющий программированием пользователь мог самостоятельно решать свои задачи на ЭВМ. Для этого должен быть повышен интеллектуальный уровень машины, что и положено в основу проекта перспективных ЭВМ пятого поколения.

Выше отмечалось, что архитектура ЭВМ претерпевала опреде­ленные изменения при переходе к каждому новому поколению машин. Однако эти изменения не внесли ничего принципиально но­вого в классическую архитектуру, определяемую фундаменталь­ными принципами Дж. фон Неймана. Проект же машин пятого поколения предусматривает принципиально иную архитектуру, ког­да классическая ЭВМ фон Неймана дополняется интеллектуаль­ным интерфейсом, и эти совместно работающие блоки и образуют систему пятого поколения.

Роль интеллектуального интерфейса сводится к переводу усло­вия задачи, сформулированного пользователем на естественном языке, в программу для ЭВМ фон Неймана. Таким образом, интел­лектуальный интерфейс является посредником между пользовате­лем и обычной ЭВМ и фактически выполняет роль программиста. От пользователя требуется лишь корректная формулировка усло­вия задачи на профессиональном языке соответствующей предмет­ной области и ввод этой формулировки в систему. Вся же дальней­шая работа по решению задачи осуществляется системой.

Именно новая архитектура ЭВМ пятого поколения сделает эти машины доступными практически любому пользователю. А это может послужить толчком к действительно революционному пере­вороту в методах хозяйственной деятельности, в развитии образо­вания, в подходе человека к организации личных дел, а возможно, и в методах человеческого мышления.