Файл: Состав и свойства вычислительных систем, информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.pdf

Введение

Представленная работа посвящена теме «Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем».Проблема данного исследования носит актуальный характер в современных условиях. Об этом свидетельствует частое изучение поднятых вопросов.Вопросам исследования посвящено множество работ. В основном материал, изложенный в учебной литературе, носит общий характер, а в многочисленных монографиях по данной тематике рассмотрены более узкие вопросы проблемы «Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем». Однако, требуется учет современных условий при исследовании проблематики обозначенной темы.

Актуальность настоящей работы обусловлена, с одной стороны, большим интересом к теме «Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем» в современной науке, с другой стороны, ее недостаточной разработанностью. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость.

Объектом данного исследования является состав и свойства вычислительных систем. При этом предметом исследования является информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

Целью исследования является изучение состава и свойств вычислительных систем, информационного и математического обеспечения вычислительных систем.В рамках достижения поставленной цели автором были поставлены и решения следующие задачи:

1. Изучить состав и свойства вычислительных систем.
2. Представить информационное и математическое обеспечение вычислительных систем» в современных условиях.

Работа имеет традиционную структуру и включает в себя введение, основную часть, состоящую из 2 глав, заключение и список использованной литературы.

Глава 1. Состав и свойства вычислительных систем

1.1. Сущность, принципы и структура вычислительных систем

Под вычислительной системой (ВС) будем понимать совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью вычислительных систем по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Наличие нескольких вычислителей в системе позволяет совершенно по-новому решать проблемы надежности, достоверности результатов обработки, резервирования, централизации хранения и обработки данных, децентрализации управления.

Основные принципы построения, закладываемые при создании вычислительных систем:

– возможность работы в разных режимах;

– модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;

– унификация и стандартизация технических и программных решений;

– иерархия в организации управления процессами;

– способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации.

Структура вычислительных систем– это совокупность комплексируемыхэлементов и их связей. В качестве элементов вычислительной системы выступают отдельные ЭВМ и процессоры.

Базовые вычислительные системы предназначены для обработки данных, общего управления и являются основой создания функционально-завершенных изделий для систем и комплексов бортового оборудования объектов различного назначения.

Повышение степени автоматизации во всех отраслях жизни требует серьёзных вычислительных мощностей «на местах», вот почему сфера так называемых периферийных (edge) вычислений активно развивается в последние годы.

Ещё в конце 2017 года компания Intel заявляла, что использует производственные мощности сторонних подрядчиков почти два десятилетия подряд. До сих пор главным партнёром Intel в этой сфере выступала TSMC. Именно эта компания, в частности, выпускала для Intel модемные решения XMM предыдущих поколений, и только недавно современные продукты этой серии «переехали» на конвейер Intel. По сути, история отдаваемых «на аутсорсинг» продуктов Intel почти всегда связана с привлечением сторонних компаний к их разработке. Так, те же модемы разрабатывались силами бывших специалистов Infineon, профильный бизнес которой Intel купила в 2011 году.

На пике популярности планшетных компьютеров Intel пыталась предлагать широкий ассортимент компонентов для этого вида продукции, а потому скооперировалась с китайскими разработчиками процессоров, предложив платформу SoFIA, которая интегрировала центральные процессоры мобильного класса и модемы для работы в сетях 3G. Особого распространения за пределами Китая такие продукты не получили, но их выпуском по заказу Intel тоже занималась TSMC.

Не так давно Intel поглотила израильскую компанию Mobileye, которая разрабатывает процессоры для систем автоматизации управления транспортом. Её продукты тоже выпускаются компанией TSMC, и одна из перспективных разработок даже перейдёт на 7-нм техпроцесс раньше, чем его освоит сама Intel. Аналогичным образом, выпускать продукцию недавно присоединённых к Intel компаний тоже могла TSMC, если говорить о программируемых матрицах и ускорителях нейронных сетей. Правда, в этой сфере интеграция с производственными возможностями Intel уже почти завершена, поскольку та же Altera долгое время была клиентом Intel, и последняя сама выступала в роли контрактного производителя программируемых матриц.

Наконец, Intel и ранее не боялась доверить TSMC выпуск отдельных чипсетов. Таким образом, сотрудничество с Samsung в этой сфере выглядит вполне логичным. Собственные мощности Intel может загрузить чем-то более приоритетным, а партнёр сможет выпускать менее сложные изделия за разумные деньги. Осталось выяснить, что это будут за продукты, и по какой технологии они будут выпускаться.

В 2019 году Intel объявила о приобретении у канадской компании PivotTechnologySolutions бизнеса по выпуску платформ для периферийных вычислений. Благодаря этой сделке покупатель расширит спектр технологий, предназначенных для развития 5G-сетей. Финансовые условия соглашения не раскрываются.

Intel получает технологию PivotSmartEdge, которая поможет чипмейкеру удовлетворить растущий спрос на вычисления, осуществляемые в сети или на её границе (edge) — объём рынка соответствующих микросхем в корпорации оценивают в $65 млрд к 2023 году.

Эта сделка расширяет наши возможности по трансформации сетей 5G благодаря лидирующий позиции в области периферийных вычислений.

По его словам, благодаря объединению технологий и специалистов Intel и PivotTechnologySolutions планируется «ускорить развитие рынка периферийных вычислений и создать привлекательное решение для клиентов».

SmartEdge позиционирует как облачная, масштабируемая и безопасная платформа для периферийных вычислений с множественным доступом. Решение, как отмечают в Intel, используется предприятиями и операторами связи для предоставления облачных услуг из среды, которая находится максимально близко к клиенту.

Компания Atos, нынешний владелец торговых марок Bull и BullSequana, активно развивает данную отрасль. Представлена она в ассортименте производителя семейством Edge, которое на днях было официально представлено и в России.

Следует отметить, что речь идёт не о серверах, как обычных аппаратных компонентах — Atos предлагает целую инфраструктуру, проектируемую с учётом интересов и целей заказчика. При этом компания активно сотрудничает с партнерами, такими, как IVATechnologies или группой компаний «Цифра». В качестве примеров можно привести создание единой системы биллинга для компании «Ростелеком» или первый в мире ввод в эксплуатацию сервера с 16 процессорами CascadeLake для Министерства Финансов РФ. Atos также предлагает уникальный сервис Try&Buy, позволяющий будущему клиенту проверить систему в работе; если верить опубликованным компанией данным, в её распоряжении находится самый крупный фонд демонстрационных серверов на рынке. Возвращаясь к периферийным вычислениям: по данным, представленным Atos, объём этого рынка, составивший $2,9 миллиарда в 2019 году к 2025 году обещает вырасти до $16,5 миллиардов. Аналитики полагают, что уже к 2022 году большая часть данных будет генерироваться и обрабатываться уже «на границе», вне сферы ЦОД или крупных облачных систем. А генерировать данные уже сейчас есть кому: в список источников данных для пограничных вычислений входят транспортные компании, производители различных товаров, стремительно «умнеющие» города, автоматизированные торговые центры, нефте- и газодобывающие компании и многие другие.

Atos имеет ответы на брошенные вызовы. Это, как уже было сказано, не просто серверы, а целая инфраструктура: от серверов видеоаналитики и систем машинного принятия решений до полноценных контейнерных «периферийных микро-ЦОД», стандартизированных и безопасных в информационном плане.

Базовая единица инфраструктуры AtosEdge — специализированный сервер. Его основой является процессор IntelXeon D-2187NT (16C/32T, 2,0 ‒ 3,0 ГГц, 22 Мбайт кеша, QuickAssist). В максимальной конфигурации ему сопутствует 512 Гбайт оперативной памяти, два SSD-накопителя объёмом по 960 Гбайт и два ускорителя NvidiaTeslaT4. Стандартно имеется два порта 10GbE, возможно подключение посредством Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN или 4G. Стоимость начинается от примерно €6000.

AtosEdge занимает промежуточное место между шлюзом, отвечающим за сбор «сырых» данных с видеокамер и датчиков IoT, и мощными системами, расположенными в ЦОД или облаке. Поскольку серверы Edge устанавливаются локально, компания позаботилась о различных вариантах установки и методах защиты, как программных, так и аппаратных. Вместе с тем, обслуживание Edge предельно упрощено и все компоненты легко заменяются.

Серверы AtosEdge уже доступны для заказа как в виде отдельных систем, так и в составе программных платформ AtosEdgeComputerVision и EdgeDataAnalytics. Доступны также комплексы AtosEdgeDataContainer.

VentureBeat собрал 10 технологических тенденций, которые сильнее всего повлияют на нашу жизнь в наступающем году.

1. Искусственный интеллект прочно обоснуется в производстве

ИИ уже занял своё место в повседневной жизни в виде «умных» ассистентов Alexa, Siri и GoogleAssistant. В 2020 году на новый уровень выйдут распознавание эмоций и машинное зрение, а искусственный интеллект «захватит» производство.

2. Действительно начнётся развёртывание интернета вещей

С развитием 5G-сетей в 2020 году всё больше распространятся подключённые устройства и базовые IoT-приложения.

3. Увеличится потребность в граничных вычислительных мощностях

Более мощные датчики и ИИ-модели в основе новых продвинутых приложений потребуют большей производительности от граничных устройств для обработки поступающих данных и принятия решений на периферии, без отправки в облако.

4. Массовая коммерциализация квантовых вычислений

2020 станет годом квантовых вычислений, уверен VB. Объёмы обрабатываемой информации увеличиваются бешеным темпом, и на помощь таким отраслям, как здравоохранение и энергетика, придут квантовые технологии: в лечении рака, анализе генома, управлении ядерной энергией.

5. Эволюция аэрокосмических технологий и космические путешествия

Благодаря SpaceX, BlueOrigin и успехам других частных компаний человечество сможет начать более активную космическую экспансию.

6. Новая веха в истории интернета: 5G и спутники Starlink

Конкуренция между странами и компаниями будет стимулировать развитие 5G и повсеместное внедрение нового поколения связи. Более доступный интернет обеспечит проект Starlink — SpaceX к 2023 году планирует запустить 12 тысяч своих интернет-спутников.

7. Эволюция медицинских технологий и анализ генома

Медицинские компании предлагают анализировать ДНК человека, чтобы изучать болезни и искать способы предотвратить их. Улучшить качество лечения поможет ИИ: например, он будет шире применяться в обработке снимков МРТ, КТ, рентгеновских снимков.

8. Технологии в сельском хозяйстве

Машинное зрение, ИИ, большие данные, роботы — в 2020 году всё это увеличит эффективность сельского хозяйства и повысит урожайность.

9. Беспилотное вождение

В 2020 году системы автономного вождения наконец достигнут 5 уровня, считает VB.

10. Практическое применение блокчейна США и Китаем

В новом году влиятельные структуры начнут использовать блокчейн для пресечения крупных утечек данных и мошенничества в интернете, а также в финансовых услугах и других сферах.

1.2 Классификация вычислительных систем

Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы:

– по целевому назначению и выполняемым функциям,

– по типам и числу ЭВМ или процессоров,

– по архитектуре системы,

– режимам работы,

– методам управления элементами системы,

– степени разобщенности элементов вычислительной системы и др.

Однако основными из них являются признаки структурной и функциональной организации вычислительной системы.

По назначению вычислительные системы делят на: универсальные и специализированные.

Универсальные ВС предназначаются для решения самых различных задач.

Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач.

Специализация ВС может устанавливаться различными средствами:

– во-первых, сама структура системы может быть ориентирована на определенные виды обработки информации;

– во-вторых, специализация ВС может закладываться включением в их состав специального оборудования и специальных пакетов обслуживания техники.