П.18.1. Основные понятия

Вычислительные системы

Вычислительные машины за свою историю прошли стремительный путь, отмеченный частыми сменами поколений ЭВМ. В этом процессе развития можно выявить целый ряд закономерностей:

• весь период развития средств электронной вычислительной тех­ники отмечен доминирующей ролью классической структуры ЭВМ (структуры фон Неймана), основанной на методах последователь­ных вычислений;

• основным направлением совершенствования ЭВМ является неук­лонный рост производительности (быстродействия) и интеллекту­альности вычислительных средств;

• совершенствование ЭВМ осуществлялось в комплексе (элемент­но-конструкторская база, структурно-аппаратные решения, сис­темно-программный и пользовательский, алгоритмический уров­ни);

• в настоящее время наметился кризис классической структуры ЭВМ, связанный с исчерпанием всех основных идей последователь­ного счета. Возможности микроэлектроники также не безгранич­ны, давление пределов ощутимо и здесь.

Дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идея­ми построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь по­являются огромные возможности совершенствования средств вычис­лительной техники. При несомненных прак­тических достижениях в области параллельных вычислений до настоя­щего времени отсутствует их единая теоретическая база.

Термин вычислительная система появился в начале — середине 60-х гг. при создании ЭВМ третьего поколения. Это время знаменова­лось переходом на новую элементную базу — интегральные схемы. Следствием этого явилось появление новых технических решений:

- разделение процессов обработки информации и её ввода-вывода,

- мно­жественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени.

Появились сложные режимы работы ЭВМ — многопользовательская и многопрограммная обработка.

Отражая эти новшества, и появился термин «вычислительная сис­тема». Он не имеет единого толкования в литературе, его иногда даже используют применительно к однопроцессорным ЭВМ. Общим является подчеркивание возможности построения параллельных ветвей в вычислениях, что не предусматривалось классической струк­турой ЭВМ.

Под вычислительной системой (ВС) будем понимать совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, пери­ферийного оборудования и программного обеспечения, предназначен­ную для сбора, хранения, обработки и распределения информации. От­личительной особенностью ВС 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 и т.д.

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

Самыми важными предпосылками появления и развития вычисли­тельных систем служат экономические факторы. Для каждого поколения ЭВМ и ВС существует критический порог сложности решаемых задач, после которого применение автономных ЭВМ становится экономически невыгодным, неэффективным.

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

Основные принципы построения при создании ВС:

• 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:

• обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполне­нии вычислений.

В настоящее время накоплен большой практический опыт в разра­ботке и использовании ВС самого разнообразного применения. Эти сис­темы очень сильно отличаются друг от друга своими возможностями и характеристиками. Различия наблюдаются уже на уровне структуры.