Высокопроизводительные вычисления (HCP)

Поколение ЭВМ

Электронные лампы 1945-55.

Электро́нная ла́мпа, радиола́мпа — электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работающий за счёт управления интенсивностью потока электронов, движущихся в вакууме или разрежённом газе между электродами.

Радиолампы массово использовались в ХХ веке как активные элементы электронной аппаратуры (усилители, генераторы, детекторы, переключатели и т.п.). В настоящее время практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Иногда ещё применяются в мощных высокочастотных передатчиках, высококачественной аудиотехнике.

Электронные лампы, предназначенные для освещения (лампы-вспышки, ксеноновые лампы,ртутные и натриевые лампы), радиолампами не называются и обычно относятся к классуосветительных приборов.

Электронно-лучевые приборы основаны на тех же принципах что и радиолампы, но, помимо управления интенсивностью электронного потока, также управляют распределением электронов в пространстве и потому выделяются в отдельную группу. Также отдельно выделяют СВЧ электровакуумные приборы с использованием резонансных явлений в электронном потоке (такие как магнетрон).

1.2 Транзисторы (п/п триоды) 1955-1965

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронныйкомпонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

В полевых и биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память,процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

В 1956 г. за изобретение транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.

На принципиальных схемах обозначается «VT» или «Q». В русскоязычной литературе и документации до 1970-х гг. применялись обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).

1.3. Интегральные схемы (ИС) 1965-1970. Интегра́льная (микро) схе́ма (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочи́п (англ. microchip, silicon chip, chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластинеили плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки. ^[1]

Бо́льшая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС, чипом) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип -компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).

БИС 1970-1980.

большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле,

1.5. СБИС+новые технологии 1980-…

сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тысяч элементов в кристалле.

Высокопроизводительные вычисления (HCP)

В начале 20 века математиками и инженерами было четко осознано, что существует классы задач(к примеру: мат моделирование, численное решение задач), которые в принципе не решаются аналитически. Решение некоторые из них связано с опасностью или невозможностью проводить эксперименты по изучения процесса(формирование черных дыр, погодные изменения, квантово-молекулярная химия). Так же существуют классы задач, решение которых аналитическими методами является крайне затруднительным.

Считалось, что эти задачи не могут быть решены в принципе. Но ближе к середине 20 века на сцену вышла вычислительная техника. Прогресс вычислительной техники и породил понятие - Высокопроизводительные вычисления(High-performance computing). Все дальнейшее развитие науки тесно связано с компьютерной техникой и высокопроизводительной техникой.

На самой вершине пирамиды находится то, о что обычно представляют, когда говорят о высокопроизводительных вычислениях. Это Суперкомпьютеры. Именно на этих компьютерах проводят основные эксперименты современной науки:

1. численное моделирование

2. расчет графики высокой четкости

SMP, MPP системы.

Симметричное мультипроцессирование (англ. Symmetric Multiprocessing, сокращённо SMP) — архитектурамногопроцессорных компьютеров, в которой два или более одинаковых процессоров подключаются к общей памяти. Большинство многопроцессорных систем сегодня используют архитектуру SMP.

SMP-системы позволяют любому процессору работать над любой задачей независимо от того, где в памяти хранятся данные для этой задачи; при должной поддержке операционной системой SMP-системы могут легко перемещать задачи между процессорами, эффективно распределяя нагрузку. С другой стороны, память гораздо медленнее процессоров, которые к ней обращаются; даже однопроцессорным машинам приходится тратить значительное время на получение данных из памяти. В SMP ситуация ещё более усугубляется, так как только один процессор может обращаться к памяти в данный момент времени.

Массово-параллельная архитектура (англ. massive parallel processing, MPP, также «массивно-параллельная архитектура») — класс архитектур параллельных вычислительных систем. Особенность архитектуры состоит в том, что память физически разделена.

Система строится из отдельных узлов (англ. node), содержащих процессор, локальный банк оперативной памяти, коммуникационные процессоры или сетевые адаптеры, иногда — жёсткие диски и другие устройства ввода-вывода. Доступ к банку оперативной памяти данного узла имеют только процессоры из этого же узла. Узлы соединяются специальными коммуникационными каналами.

Пользователь может определить логический номер процессора, к которому он подключен, и организовать обмен сообщениями с другими процессорами. На машинах массово-параллельной архитектуры используются два варианта работы операционной системы:

· В одном полноценная операционная система работает только на управляющей машине (front-end), а на каждом отдельном узле функционирует сильно урезанный вариант операционной системы, обеспечивающий работу расположенной в нём ветви параллельного приложения.

· Во втором варианте на каждом модуле работает полноценная, чаще всего UNIX-подобная система, устанавливаемая отдельно.

Вычислительные кластеры.

Вычислительные кластеры

Кластеры используются в вычислительных целях, в частности в научных исследованиях. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора в операциях над числами с плавающей точкой (flops) и низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными — скорость операций ввода-вывода, которая в большей степени важна для баз данных и web-сервисов. Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети. Одна из типичных конфигураций — набор компьютеров, собранных из общедоступных компонентов, с установленной на них операционной системой Linux, и связанных сетью Ethernet, Myrinet, InfiniBand или другими относительно недорогими сетями. Такую систему принято называть кластером Beowulf. Специально выделяют высокопроизводительные кластеры (Обозначаются англ. аббревиатурой HPC Cluster — High-performance computing cluster). Список самых мощных высокопроизводительных компьютеров (также может обозначаться англ. аббревиатурой HPC) можно найти в мировом рейтинге TOP500. В России ведется рейтинг самых мощных компьютеров СНГ.^[1]