Классификация ЭВМ, краткие характеристики суперЭВМ, мейнфреймов и мини-ЭВМ

Хотя современные персональные компьютеры (ПК) обладают впечатляющими возможностями, которые существенно расширились в связи с появлением 64-разрядных микропроцессоров, не следует полагать, что они справятся с любой задачей. Подтверждением этого является несколько уровней технических средств, традиционно развивающихся на протяжении многих лет (суперЭВМ, мейнфреймы) и появившихся сравнительно недавно (мини-ЭВМ, микроЭВМ, ПК, рабочие станции, серверы и суперсерверы).

Хотя сложившаяся классификация ЭВМ в последнее время подвергается значительным изменениям, тем не менее до последнего времени эксплуатируются все перечисленные выше типы ЭВМ.

Термин «суперЭВМ» был использован в начале 60-х годов, когда группа специалистов Иллинойского университета предложила идею реализации параллельной ЭВМ — проект SOLOMON.

В 80-е годы под суперЭВМ было принято считать вычислительные системы с производительностью не меньше 100 млн операций с плавающей точкой в секунду (мега-флоп/с), при работе с 64-разрядными словами в поле оперативной памяти не меньше одного мегабайта. В начале 90-х годов производительность машин этого класса достигает нескольких миллиардов операций в секунду, а позже уже десятков и сотен миллиардов. Суперкомпьютеры стали обязательным атрибутом парка вычислительной техники всех информационно-развитых стран. С их помощью решаются не только научно-технические, но и комплексные стратегические задачи.

Они предназначаются для выполнения наиболее сложных (требующих большой производительности) вычислений и обработки информации большого объема. Это многопроцессорные системы, включающие все виды параллельной и последовательной обработки информации и многоуровневую иерархическую структуру запоминающих устройств, имеющих электронную кэш-память большого объема.

Разработчики суперЭВМ являются пионерами развития архитектуры ЭВМ. ЭВМ следующих уровней по мере удешевления электронных компонентов с некоторой задержкой повторяют все новации в архитектуре, применяемые в суперЭВМ.

Первоначальный этап развития суперЭВМ связан с созданием так называемых матричных структур, реализующих SIMD-архитектуру.

Одним из важнейших вопросов для параллельных структур был вопрос обмена множества процессоров с модулями ОП.

Разделение памяти позволяет всем процессорам параллельной системы иметь доступ к глобальным, или общим модулям памяти. В простой схеме разделения памяти (рис.2.10, а) каждый процессор непосредственно соединяется с каждым банком памяти. Недостаток здесь в том, что процессоры и банки памяти должны иметь очень большое количество соединительных линий. Другое решение (рис.2.10, б) дает «шина» — общий канал связи, по которому каждый процессор посылает запросы к банкам памяти, а последние выдают данные. Такая шина может быть перегружена (и, следовательно, работать медленно), когда требуется передавать много сообщений. Еще одно решение представляет собой так называемая «сеть омега» , в ней процессоры связываются с модулями памяти коммутирующими устройствами, у каждого из которых два входных и два выходных канала. В такой сети каждый процессор может напрямую связываться с каждым модулем памяти, однако здесь нет нужды в таком большом количестве линий связи, которого требует настоящая система с прямыми связями. Преимущества сети становятся все более очевидными по мере роста числа процессоров и модулей памяти. Недостаток ее в том, что иногда сообщения проходят через множество коммутирующих станций, прежде чем достигают абонента.

Оптимальным с точки зрения связей считается гиперкуб, реализованный в первом проекте американского суперкомпьютера. Основные проблемы использования матричных структур (STMD) были связаны с их программированием. Необходимость перехода пользователей на параллельное программирование препятствовало их массовому внедрению.

Значительно облегчил ситуацию переход к векторно-конвейерной обработке, внедрение которой связывают с именем Сеймура Крея, основателя фирмы Cray Research Inc., которая до последнего времени лидировала в производстве суперкомпьютеров.

Этот принцип связан с реализацией архитектуры MISD. Существуют два основных требования при реализации параллельных архитектур: независимость потоков команд и данных. Если в первых суперкомпьютерах эти задачи решали прикладные программисты, то на сегодняшний день они частично решаются аппаратурой и системным программным обеспечением.

Дальнейшее развитие суперкомпьютеров связано с совмещением матричной и конвейерной обработки и появлением так называемой массивно-параллельной обработки MSIMD.

Разработанный фирмой IBM суперкомпьютер SP (Scalable POWER parallel) представляет комплекс, в базовой ячейке которого — известная рабочая станция этой фирмы RS-6000. Таких ячеек может содержаться до 572. Обмен между ними осуществляется с помощью быстрых электронных коммутацион­ных матриц.

Хотя лидером в производстве суперкомпьютеров до последнего времени была американская фирма Cray Research Inc, в конкурентную борьбу включились также японские фирмы. Это так называемый «Японский вызов» с фирмами Fujitsu, Hitachi и Nippon Electric (NEC). Одной из специфических особенностей японских суперкомпьютеров является их программная совместимость с самыми распространенными в мире мейнфреймами фирмы IBM. Стоимость суперкомпьютеров самая высокая среди всех классов ЭВМ (Cray XMP — 25 млн. дол.).

Принцип конвейерной архитектуры, позволяющий использовать традиционное последовательное программирование и значительно повышающий эффективность использования ресурсов, изображен на

Мейнфреймы — это синоним понятия «большая универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут содержать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью). Прогресс в области элементно-конструкторской базы позволил существенно сократить габариты основных устройств. Наряду со сверхмощными мейнфреймами, требующими организации двухконтурной водяной системы охлаждения, имеются менее мощные модели, для охлаждения которых достаточно принудительной воздушной вентиляции. Эти модели построены по блочно-модульному принципу и не требуют специальных помещений и кондиционеров.

Основными поставщиками мейнфреймов являются известные компьютерные компании IBM, Amdahl, ICL, SIEMENS NIXDORF и некоторые другие, но ведущая роль принадлежит, безусловно, компании IBM. Именно архитектура системы IBM/360, выпущенной в 1964 году, и ее последующие поколения стали образцом для подражания. В нашей стране в течение многих лет выпускались машины серии ЕС ЭВМ, являвшиеся отечественным аналогом этой системы.

В архитектурном плане мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы с одним или несколькими центральными и периферийными процессорами с общей памятью, связанными между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка приходится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IВМ — селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Первоначально мейнфреймы были ориентированы на централизованную модель вычислений, работали под управлением патентованных операционных систем и имели ограниченные возможности для объединения в единую систему оборудования различных фирм-поставщиков. Однако повышенный интерес потребителей к открытым системам, построенным на базе международных стандартов и позволяющим достаточно эффективно использовать все преимущества такого подхода, заставил поставщиков мейнфреймов существенно расширить возможности операционных систем в направлении совместимости. В настоящее время они демонстрируют свою «открытость», обеспечивая возможность использования протоколов межсоединений OSI и ТСР/IP или предоставляя возможность работы на компьютерах под управлением операционной системы UNIX собствен­ной разработки.

Стремительный рост производительности персональных компьютеров, рабочих станций и серверов создал тенденцию перехода с мейнфреймов на компьютеры менее дорогих классов — миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта тенденция получила название «разукрупнение» (downsizing). Однако этот процесс несколько замедлился. Основной причиной возвращения интереса к мейнфреймам эксперты считают сложность перехода к распределенной архитектуре клиент-сервер, оказавшейся выше, чем предполагалось. Кроме того, многие пользователи считают, что распределенная среда не обладает достаточной надежностью для наиболее ответственных приложений, которой обладают мейнфреймы.

Главным недостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительно низкое соотношение производительность/стоимость. Однако фирмами-поставщиками мейнфреймов предпринимаются значительные усилия по улучшению этого показателя.

Следует также помнить, что в мире существует огромная инсталлированная база мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем. Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто неразумно. Вновь создаваемые системы, с одной стороны, позволят модернизировать существующие системы, обеспечив сокращение эксплуатационных расходов, с другой — создадут но­вую базу для наиболее ответственных приложений.

Мини-ЭВМ получили широкое распространение в 70-х — 80-х годах. Популярность этих машин объяснялась их малыми размерами, стоимостью (относительно больших ЭВМ) и универсальными возможностями. Производительность их была более низкая, чем у больших систем, а длина слова равнялась 16 разрядам, однако параметры этих ЭВМ вполне удовлетворяли большое количество пользователей. Наиболее популярные мини-ЭВМ выпускали две фирмы США: Hewlett Packard (HP) и Digital Equipment Corporation (DEC), последняя выпустила серию ЭВМ PDP II и VAX. Отечественные аналоги этих ЭВМ были разработаны в рамках системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ), CMI, 2 (HP), CM3, 4, 1420, 1300 и т.д., однако к настоящему времени персональные ЭВМ и рабочие станции по своим характеристикам превосходят большинство мини-ЭВМ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: