Современное состояние электронно-вычислительной техники

Электронная вычислительная машина: архитектура и предназначение

ЭВМ состоит из следующих основных компонентов:

• Процессорный модуль.
• Модуль пульта управления.
• Модуль оперативного запоминающего устройства.
• Набора периферийного оборудования.

В комплект программного обеспечения ЭВМ входят:

1. Операционная система компьютера.
2. Пакет прикладного программных приложений, которые обеспечивают автоматическую работу ЭВМ.

Информационная обработка выполняется процессорным модулем согласно программе, заложенной в оперативной памяти или вводимой, к примеру, с пульта управления. Программа составлена из набора стандартных процедур, осуществляемых над сигналами в электронной форме, которые представляют в закодированном формате как информационные данные, так и, собственно, набор команд программы. Стандартные процедуры выполняются при посредстве электронных модулей. Механические детали в ЭВМ применяются в основном в модулях ввода и вывода информационных данных, к примеру, это ввод информации с клавиатуры. Итоги информационной обработки или выводятся на печать, или на экран монитора в необходимом пользователю формате.

Главные направления усовершенствования элементной базы

Стандартные принципы классификации современного технического оборудования вычислительной техники целиком базируются на смене поколений используемой элементной базы. Программное обеспечение вычислительной техники прогрессирует практически одновременно с совершенствованием элементной базы, но здесь более заметен некоторый консерватизм, так как каждое новое поколение ЭВМ разработчики стараются выполнить совместимым с точки зрения программного обеспечения с прежними моделями.

Проектируемые программные приложения обязаны максимально сохранить и преумножить накопленную математическую базу. Тем не менее качественный скачок в сфере программного обеспечения всегда являлся следствием появления новой элементной базы. При этом появление нового поколения элементной базы всегда захватывает все технологические области её изготовления, в том числе и оборудования. Основной причиной такого развития элементной базы является то, что оно обусловлено коррекцией внутренней геометрической структуры интегральных микросхем, что приводит к новому уровню развития всего технологического производства. В границах всех поколений ЭВМ эволюционное изменение элементной базы тоже идёт этапами. История вычислительной техники современного этапа началась с появлением микроэлектроники. Дальнейшее развитие стало прогрессирующим слиянием технологии и конструкторской мысли, прикладных математических дисциплин. Другими словами, при росте степени интеграции всё более высокие уровни проектирования и реализации средств вычислительной техники сливаются в один кристаллический модуль.

Развитие суперкомпьютерной архитектурной организации

Главная проблема сферы суперкомпьютеров формулируется, как необходимость объединить значительное количество вычислительных компонентов для синхронной обработки общих данных, то есть разрешения научных и технических задач с применением массированного параллелизма. В девяностые годы прошлого века предполагалось развитие технологий суперкомпьютеров всего лишь по двум направлениям:

1. SMP (Symmetric Multiprocessing). В этой архитектурной организации компьютеров с большим числом процессоров предполагалось подключение двух или больше однотипных процессоров к общему модулю памяти и, соответственно, с организацией общего доступа к информационным данным.
2. MPP (Massive Parallel Processing). Это архитектурный класс вычислительных систем с массивно-параллельной архитектурой и параллельной организацией работы. Такие системы составлены из отдельных модулей с физическим разделением памяти, и по этой причине при решении различных задач требуется обеспечить информационный обмен между модулями.

В итоге дальнейшего прогресса вычислительных устройств обе эти технологии перестали считаться конкурентами, и каждой было отведено определённое место в архитектурной организации сегодняшних суперкомпьютеров. Технологические способности к наращиванию систем типа SMP имеют ограничения из-за проблем доступа к общей памяти. Тем не менее, развитие такого оборудования, а именно, современных процессоров на многоядерной основе и процессоров графики (GPU), идёт с очень высокой интенсивностью. Если раньше предполагалось наличие десятков ядер, которые могут работать с общими данными, то на сегодняшний день (с развитием GPU) предполагается уже присутствие тысяч ядер. В итоге такая многоядерная композиция процессора и специализированного ускорителя реализуют вычислительный компонент с очень высоким уровнем производительности. Дальнейший рост производительности располагается на очередном масштабном уровне соединения сотен тысяч отдельных вычислительных компонентов в систему, состоящую из миллионов вычислительных ядер. Сердцем современного суперкомпьютера является коммутационная сеть, которая расположена на трёх уровнях:

1. Устройства и топология сети, то есть методика физического соединения модулей каналами информационного обмена.
2. Системное программное обеспечение, которое реализует типичные операции информационного обмена.
3. Алгоритмы, позволяющие параллельно решать математическую задачу, и которые основаны на данном системном программном обеспечении.