Файл: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ (Электромеханический этап).pdf

Фирма IBM внесла весомый вклад в развитие третьего поколения. Они смогли создать шесть моделей семейства IBM 360 на микросхемах, которые стали первыми компьютерами данного поколения. [6, 18, 21]

Четвертое поколение (4 этап)

Основой данного этапа послужили большие интегральные схема (БИС). Первые упоминания слов «Персональный компьютер» (ПК) зародилось именно в те годы, в годы четвертого поколения развития ЭВМ. Ученым удалось реализовать идею размещения тысячи полупроводников на одном кристалле, что в разы уменьшило размеры компьютеров. Они стали дешевле и легко могли разместиться на письменном столе. Появление «миниатюрных» машин привело к тому, что стали исчезать эти огромные, неподъемные «шкафы». Теперь название ПК соответствовала действительности. Один человек – одна машина.

1971 год стал годом создания первого микропроцессора. Им стал INTEL-4004. Людям удалось разместить все основные элементы центрального процессора на одном кристалле. Первый микропроцессор содержал в себе более двух тысяч полупроводников, которые находились на одной подложке. В одной схеме размещались управляющее устройство и логическое устройство.

Появление первого персонального компьютера не заставило себя долго ждать, так первой машиной четвертого поколения стал Altair – 8800. Это появление положило начало росту периферийных устройств. Он был создан на базе микропроцессора Intel – 8080.

Пятое поколение (5 этап)

1982 г. – наши дни. Пятое поколение дало рост развитию IT – индустрии. Выпущенные сегодня компьютеры, то есть наши с Вами машины относятся именно к пятому поколению. По сути это поколение ничем не отличается от предыдущего, так как основная элементная база у них одинаковая. Они также базируются на микропроцессорах.

Развитием 5-поколения плотно занялась Япония. Правительство наметило четкий план по созданию и развитию вычислительной техники и искусственного интеллекта. Начали свою программу в начале 80-х. они стремились пробиться в лидеры по IT – индустрии, так как очень отставали и не были настолько развиты как Европа и Америка. Идеей их было усовершенствование и изменение элементной базы ПК. Развитие направлений в области искусственного интеллекта. [4, 6, 10]

Основными целями 5-поколения были:

1.Создание развитого человека-машинного интерфейса;

- распознавание речи

- распознавание образов

2.Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3.Создание новых технологий в производстве вычислительной техники;

4.Создание новых архитектур компьютерных и вычислительных комплексов;

Создание новых технологий, расширение новых технических возможностей в области вычислительных технологий должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти на новый уровень.

ГЛАВА 3. СУПЕРКОМПЬЮТЕР

Суперкомпьютер (англ. Supercomputer, СверхЭВМ, СуперЭВМ, сверхвычислитель) – специальная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров. [4, 6]

В наше время суперкомпьютер представляет собой множество серверных компьютеров, работающих над поставленными задачами. Как правило соединены между собой локальной высокоскоростной магистралью, которая имеет максимальную проходимость для быстрого решения вычислительных задач.

Сервер (англ. Server - служить) – специализированный компьютер или оборудование для выполнения на нем сервисного программного обеспечения, в том числе серверов тех или иных задач. [4, 6]

В 1994 г. Был создан один из первых СуперЭВМ - Cray 1. Производительность данной модели достигла 180 миллионов операций в секунду над числами с плавающей точкой (Flops). [3, 6, 14]

Flops - внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютера, показывающая сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.

На сегодняшний день самые быстрые суперкомпьютеры работают под системой Linux.

Linux – операционная система, созданная в октябре 1991 г. Студентом университета Хельсинки Линусом Торвальдсом. Linux – общее название Unix-подобных операционных систем, основанных на одноименном ядре.

Операционная система – это система, благодаря которой функционирует оборудование и программное обеспечение. Без системы ничего функционировать не будет. [4, 6, 19]

На сегодняшний день в нашей с Вами жизни суперкомпьютеры стали неотъемлемой частью. В их управлении находятся практически все, что нас окружает. Их применяют в таких областях, как: вычислительная наука, квантовая механика, прогноз погоды, исследование нефти и газа, исследование климата и климатических условий, молекулярного и физического моделирования, в исследовании космоса, в исследовании оружия (ядерного), а также в других областях.

С каждым днём уровень развития растёт. Растёт и число возлагаемых задач, а значит и машины должны совершенствоваться. Всё просто! Чем сложнее задача, тем выше требования к компьютерам. Человечество не стоит на месте и всегда стремится к большему. Поначалу суперкомпьютеры создавались и работали на военную промышленность: проводили расчёты в баллистике, с оружием, занимались сбором и обработкой разведывательных данных, но со временем, как войны стали скрытными (холодными), люди осознали, что ЭВМ можно использовать и в мирных целях. Ну а где их применять? Думаю, ответ на этот вопрос не заставит себя долго ждать. Суперкомпьютеры используют в науке, медицине, географии, биологии, химии и прочих отраслях. [6, 13]

Таблица 3. Область применения суперкомпьютера

Что касаемо производительности, то чаще всего рассчитывают по количеству операций над числами с плавающей точкой в секунду (Флопс). От компьютеров нового поколения требуются точные расчеты, так как работают они не с целыми числами, а с вещественными. [4, 21]

Вещественное или действительное число – математический объект, возникший из потребности измерения географических и физических величин окружающего мира, а также проведения других математических операций (извлечение корня, нахождение логарифмов, исследование поведения функции). [4, 6, 20]

Производительность первых компьютеров была порядка 1 кфлопс (1000 операций с плавающей точкой в секунду). Американцы в 1964 году изобрели суперкомпьютер, у которого производительность была в 1 миллион флопс (1Мфлопс). Но этот рекорд был побит в 1983 году суперкомпьютером NEC SX-2, его производительность достигла 1,3 Гфлопс (1,3 миллиарда). Но и этот результат не остался крайним и уже в 1996 году машина под названием ASC1 Red установила планку в 1 триллион флопс (1 Тфлопс). Финальным рубежом максимальной производительности был в 2008 году. Суперкомпьютер IBM Roadrunner поставил точку на 1 квадриллион (1 Петафлопс). С 2010 года ряд ведущих стран работает над новой отметкой («олимпийским рекордом») в 1 Экзафлопс (1 квинтиллион операций).

Программными средствами суперкомпьютеров являются интерфейсы программированных приложений (API) на основе MPI и PVM, и решения на базе открытого программного обеспечения, наподобие Beowulf и open Mosix, позволяющий создать виртуальный суперкомпьютер даже на базе обыкновенных рабочих станций и ПК.

API (программный интерфейс приложений) – описание способов (набор классов, процедур, функций, структур или констант), которыми одна компьютерная программа может взаимодействовать с другой программой.

MPI (Message Passing Interface – интерфейс передачи сообщений) – программный интерфейс (API) для передачи информации, который позволяет обмениваться сообщениями между процессами, выполняющих одну задачу.

PVM (Parallel Virtual Machine – виртуальная программная машина) – общедоступный программный пакет, позволяющий объединять разнородный набор компьютеров в общий вычислительный ресурс и предоставлять возможность управления процессами с помощью механизма передачи сообщений. [4, 6, 20]

С приходом технологии параллелизации и многоядерности границы между суперкомпьютером и программным обеспечением сильно размыты. Программное обеспечение суперкомпьютеров сегодня можно назвать лишь специальные программные средства для управления и мониторинга конкретных типов компьютеров.

С 1993 года принято все компьютеры ранжировать в список (ТОП 500). Данный список составляется на основе теста LINPAC по решению системы линейных алгебраических уравнений.

Вычислительная мощность 500 наиболее мощных компьютерных систем в мире с 1993 года

ТОП-500 – проект по составлению рейтинга и описаний 500 самых мощных общественно известных вычислительных систем мира. Запущен с 1993 года и публикуется актуальный перечень СуперЭВМ дважды в год (в июне и ноябре). [4, 6, 7]

Распределение количества суперкомпьютеров по странам в соответствии с данными TОП-500 в 2016 году

LINPAC – программная библиотека, написанная на языке фортран, которая содержит набор программ для анализа и решения плотных систем линейных алгебраических уравнений. [6]

В 2016 году самым мощным компьютером стал Sunway TaihuLight, который работает в национальном суперкомпьютерном центре Китая. Его скорость вычислений составляет 93 Петафлопс (10 из 15 степени вычислительных операций с плавающей запятой в секунду).

Sunway TaihuLight – китайский суперкомпьютер, который с июня 2016 по июль 2018 года является самым производительным в мире с производительностью 9.3 Петафлопс. Такая скорость вычислений более, чем в 2,5 раза выше по сравнению с предыдущим мировым рекордсменом Тяньхэ-2, у которого вычислительная мощность составляла почти 34 Петафлопс.

Распределение по количеству суперкомпьютеров в разных странах мира в июне 2018 года: