Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации».

ВССиТ 1.2 Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектура информационно-вычислительных систем. Вопросы: Основные классы вычислительных машин (ВМ). Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС). Информационные системы (ИС). Функциональная и структурная организация ИС. Информационно-вычислительные системы (ИВС), их архитектурные особенности.

Классы ВМпо принципу действия • АВМ – аналоговые • ЦВМ – цифровые (ЭЦВМ, ЭВМ) • ГВМ – гибридные

Классы ВМ по этапам создания и элементной базе (поколения ЭВМ) Поколение ЭВМ отличает: • Элементная база. • Функционально-логическая организация. • Конструктивно-технологическое исполнение. • Программное обеспечение. • Технические и эксплуатационные характеристики. • Степень доступа к ЭВМ со стороны пользователя.

Первоепоколение (40-50гг) • Элементная база: электронные лампы, резисторы, конденсаторы, трансформаторы. • Оперативная память на ферритовых сердечниках (с середины 50-х годов). • Устройства ввода-вывода: телеграфная аппаратура, затем ЗУ на МЛ, МБ, МД, специальные печатающие устройства. • Быстродействие: неск. тыс. операций/сек. • Ёмкость ОП: несколько тыс. машинных слов. • Надёжность: несколько часов работы.

Джон (Янош) фон НейманJohn von Neumann (Будапешт, 03.12.1903 – Вашингтон, 08.02.1957) В 1945 Джон фон Нейман опубликовал «Предварительный доклад о машине EDVAC», в котором описывалась сама машина и ее логические свойства. Описанная Нейманом архитектура компьютера получила название «фон Неймановской». Принципы архитектуры фон Неймана: • Программное управление. • Однородность памяти (принцип хранимой программы). • Адресность. • ...

Классическая (фон-Неймановская) структура ЭВМ • Ядро ЭВМ (процессор, память, каналы обмена). • Линейная память, размер ячейки фиксирован. • Одноуровневая адресация ячеек памяти. • Внутренний машинный язык низкого уровня. • Последовательное централизованное управление вычислениями. • (Примитивный) ввод-вывод.

1946: ENIAC • Electronic Numerical Integrator and Computer| Электронный числовой сумматор и вычислитель • Задача: расчёт траектории полёта артиллерийских снарядов • ~18 000 вакуумных ламп • Вес 27 тонн, объём 85 м3, длина 30 м. Создатели: Джон Мочли (1907-1980) John Mauchly Дж. Преспер Эккерт (1919-1995) J. Presper Eckert

1951: UNIVAC 1 • UNIVercal Automatic Computer 1, первая серийная ЭВМ (выпущено 46 экземпляров). • Более 5000 электронных ламп, память на 1000 слов по 72 бита на ртутных линиях задержки. • Вес 13 тонн, мощность 135 КВатт, цена $750 000. • 14 июня 1951 года первый экземпляр заработал в Бюро переписи населения США. Создатели: Джон Мочли (1907-1980) John Mauchly Дж. Преспер Эккерт (1919-1995) J. Presper Eckert

Второе поколение (60-е гг) • Транзисторы на смену электронным лампам. • Применение печатного монтажа. • Повышение характеристик на 2 порядка. • Особенность поколения: дифференциация ЭВМ по применению. • Алгоритмические языки, трансляторы.

Третье поколение (70-е гг) • Интегральные схемы на смену сложным транзисторным схемам. • Применение многослойного печатного монтажа. • Широкий набор электромеханических устройств ввода-вывода информации. • Операционная система. • Абонентские пункты доступа, линии связи, режим разделения доступа.

IBM System/360, 1965 год • Стоимость проекта - свыше 5 млрд. долл. • Заново создано практически все: архитектура, элементная база и системное программное обеспечение. • Фундаментальная база для развития компьютеров на следующие десятилетия: • программная совместимость в пределах всего семейства компьютеров, • разнообразные аппаратные и программные технологии. • Идею создания семейства, состоящего из программно совместимых и родственных по архитектуре моделей, предложил не ученый и не инженер, а представитель отдела продаж IBM Дональд Спаулинг.

Динамика изменения соотношения стоимостей аппаратных и программных средств hardware software

Сложность программы = f(количество строк программного кода)? Фредерик Брукс. «Мифический человеко-месяц, или Как создаются программные системы»

Закон Брукса  Глава 2. Мифический человеко-месяц 2.1 Программные проекты чаще проваливаются из-за нехватки календарного времени, чем по всем остальным причинам, вместе взятым. 2.2 Чтобы приготовить вкусную пищу, нужно время; некоторые задачи нельзя ускорить, не испортив результат. 2.3 Все программисты являются оптимистами: "Все будет хорошо". 2.4 Поскольку программист работает с чистыми идеями, мы не ожидаем особых трудностей при реализации. 2.5 Но сами наши идеи бывают ошибочными - отсюда и ошибки в программах. 2.6 Наши методы оценивания, основанные на учете затрат, смешивают затраты с полученным результатом. Человеко-месяц является ошибочным и опасным заблуждением, поскольку предполагает, что месяцы и количество людей можно менять местами. 2.7 Разделение задачи между несколькими людьми вызывает дополнительные затраты на обучение и обмен информацией. 2.8 Мое практическое правило: 1/3 времени - на проектирование, 1/6 - на написание программы, 1/4 - на тестирование компонентов и 1/4 - на системное тестирование. 2.9 Как научной дисциплине нам не хватает методов оценки. 2.10 Поскольку мы не уверены в своих оценках сроков работы, нам часто не достает смелости упрямо отстаивать их под нажимом руководства и клиентов. 2.11 Закон Брукса: если проект не укладывается в сроки, то добавление рабочей силы задержит его еще больше. 2.12 Добавление рабочей силы увеличивает общий объем затрат тремя путями: труд по перекраиванию задач и происходящее при этом нарушение работы, обучение новых людей, дополнительное общение.

Закон Платта  «Любой проект по разработке ПО потребует в три раза больше времени, чем вы рассчитываете, даже если вы учитываете этот закон» Дэвид С.Платт,«Software Legend»по признанию Microsoftв 2002г. Nickname: "The Mad Professor"

«Death March»  Edward Yourdon. «Death March. The Complete Software Developers’s Guide to Surviving “Mission Impossible” Projects» Эдвард Йордон. «Путь камикадзе. Как разработчику программного обеспечения выжить в безнадёжном проекте» Эдвард Йордон - автор и соавтор более двух десятков книг, включая "Путь камикадзе”, “Закат и падение американского программиста" ,"Подъем и возрождение американского программиста". В июне 1977 г. он был официально объявлен членом Зала славы компьютеров, объединяющим таких выдающихся людей, как Чарльз Бэббидж, Сеймур Крей, Джемс Мартин, Грейс Хоппер, Джеральд Вайнберг и Билл Гейтс. Широко известный как соавтор популярной методологии Коуда/Йордона, он создал и возглавил YOURDON - консалтинговую компанию, которая обучила уже более 250 000 человек во всем мире.

Четвёртое поколение (80-90гг-н/в) • Большие интегральные схемы, микропроцессоры: • увеличение плотности компоновки, • усложнение функций, • повышение надёжности и быстродействия, • снижение стоимости. • Новые классы ЭВМ: миниЭВМ, микроЭВМ, персональные компьютеры.

Altair 8800 – первый ПК?

1976:APPLE 1

1981:IBM PC • Разработан подразделением IBM в г. Бока-Ратон, шт. Флорида. Конфигурация: • Процессор Intel 8088 • 64 Кбайт ОЗУ • 1 флоппи-дисковод емкостью 160 Кбайт. В течение первого года продано около 136 тыс. шт. Цена: • с монохромным дисплеем -$3 000 • с цветным - $6 000 • базовая стоимость - $1565

Последующие (несостоявшиеся?) поколения • 5 поколение, настоящее время: параллелизм сверхсложных микропроцессоров, СОЗ. • 6 поколение, настоящее время: оптоэлектроника, параллелизм, нейронная структура несложных МП.

Классы ВМ по назначению • Универсальные (общего назначения) • Проблемно-ориентированные • Специализированные

Классы ВМ по вычислительной мощности и размерам • Сверхбольшие (СуперЭВМ) • Больше • Малые • МикроЭВМ • Многопользовательские • Рабочие станции (workstations) • Серверы (servers) • Персональные компьютеры • Сетевые (network computers)

Классы ПЭВМпо конструктивным особенностям • Настольные (desktop) • Переносные • Портативные (Portable) • Наколенные (Laptop) • Блокноты (Notebook) Блокнотики (Subnotebook) • Планшетные (Tablet) • Наладонные (Palmtop) Электронные секретари (PDA, personnel digital assistant) КПК, карманные ПК (Pocket Коммуникаторы • Электронные записные книжки (Organizer) • Микро-ПК (micro PC) • Ультрамобильные (UMPC) • нетбуки

Многомашинные ВС • Несколько ВМ • Расстояние между ВМ • Взаимодействие ВМ на уровне • Процессоров • Оперативной памяти • Каналов связи Типичный пример – компьютерная сеть

Многопроцессорные ВС • Несколько процессоров • Взаимодействие процессоров на уровне: • Регистров • Оперативной памяти Типичный пример – суперкомпьютер

BlackBox: «контейнерный» ЦОД • A single Project Blackbox could accommodate 250 Sun Fire T1000 servers with the CoolThreads technology with 2000 cores and 8000 simultaneous threads. • A single Project Blackbox could accommodate 250 x64-based servers with 1000 cores. • A single Project Blackbox could provide as much as 1.5 petabytes of disk storage or 2 petabytes of energy-efficient tape storage. • A single Project Blackbox could provide 7 terabytes of memory. • A single Project Blackbox could handle up to 10,000 simultaneous desktop users. • A single Project Blackbox currently has sufficient power and cooling to support 200 kilowatts of rackmounted equipment.

TOP 500

СКИФ Cyberia • Суперкомпьютер Томского ГУ • Представлен в конце февраля 2007г. • Самый мощный в Росии, СНГ, OstEu • Кластер: 282 вычислительных и 1 управляющий модуль (формфактор 1U, всего 8 шкафов), по два CPU Intel Xeon 5150/2,66 ГГц (всего 1132 вычислительных ядра) • Пиковая производительность 12 TFLOPS; реальная (Linpack) 7,8 TFLOPS • Общий объём ОП: 1136 Гбайт • Общий объём МД: 22,56 Тбайт • Cкорость передачи данных между узлами 950 Мбайт/с • Суммарная пропускная способность параллельной файловой системы 700 Мбайт/с • Потребление энергии: кластер 90 кВт, установка в целом 115 кВт • Стоимость 51 млн.руб (нац.проект «Образование»)

Определения Система – совокупность элементов, взаимодействующих друг и другом, образующих целостность. Элемент системы – часть системы, имеющая определённое функциональное назначение. Организация системы – внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы.

Определения Структура системы – состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. Архитектура системы–совокупность свойств системы, существенных для пользователя.

Определения Информационная система – система, организующая, хранящая и преобразующая информацию. Система обработки данных (СОД) – комплекс взаимосвязанных методов и средств преобразования данных.

Виды СОД по степени механизации процедур преобразования данных: • СРОД - ручной обработки, • МСОД – механизированные, • АСОД – автоматизированные, • САОД – системы автоматической обработки данных.

Принципы построения эффективных АСОД • принцип интеграции (данные, однажды введённые в АСОД, многократно используются; устраняется дублирование); • принцип системности (обработка данных в различных разрезах); • принцип комплексности (автоматизация процедур обработки на всех стадиях техпроцесса).

СОЗ, ЭС Системы обработки знаний (СОЗ) – развитые АСОД, имеющие специальное ПО для анализа семантики и логической структуризации информации. Экспертные системы – СОЗ + базы знаний. Высшее развитие ИТ.

Классификации ИС • По функциональному назначению: • производственные ИС, • коммерческие ИС, • финансовые ИС и т.д. • По объектам управления: • ИС автоматизированного проектирования, • ИС управления технологическим процессом(АСУ ТП), • ИС управления предприятием и т.д. • По характеру использования информации: • информационно-поисковые, • информационно-советующие, • информационно-управляющие.

Управление • Процесс целенаправленной переработки информации • Функция системы, обеспечивающая сохранение или развитие основных свойств системы Управление осуществляется для достижения определённой цели.

Целевая функция управления • количественно измеряемая величина, функция входных и выходных переменных, параметров объекта управления и времени. Целевая функция показывает степень достижения целей управления.

Место ИС в процессе управления

Вычислительная Коммуникационная Информирующая Запоминающая Следящая Регулирующая Оптимизирующая Самоорганизующая Самоусовершенству-ющая Исследовательская Прогнозирующая Анализирующая Синтезирующая Контролирующая Диагностическая Документирующая Функции ИВС, управляющей крупным объектом

Состав основных подсистем ИС

Информационно-вычислительная система - совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.

ВМ  ВС  ИВС

Поколения корпоративных архитектур(byThe Stencil Group)

Контрольные вопросы по теме • Что такое архитектура системы? • Что показывает целевая функция управления? • Сколько насчитывается классов ВМ по этапам создания и элементной базе («поколений ЭВМ»)? • Чем характеризуется SOAкак поколение корпоративных архитектур?

Классификация Флинна

Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации».

Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации».

Presentation Transcript