Вычислительные системы и сети

Содержание

Введение

Отдельные вычислительные машины по своему быстродействию практически приблизились к физическому пределу. Уменьшение технологического процесса производства кристаллов связывается с серьезными затратами и снижением надежности при эксплуатации. Повышение тактовой частоты так же приводит к снижению надежности и срока эксплуатации процессоров.

Мало вероятно, что в свободной продаже вы встретите процессоры с тактовой частотой выше 4 ГГц. Отдельные энтузиасты разгоняю процессоры, получая частоты и 5 и 6 ГГц и выше, однако для этого используют сверхмощные системы охлаждения и работаю на этих частотах процессоры лишь короткий промежуток времени. Повторить их успехи в серийном производстве невозможно. Да и существуют физически ограничения на технологические процессы и скорость распространения сигнала.

Ряд методов, позволяющих значительно повысить производительность процессоров, выглядящих перспективно в научных лабораториях на практики оказываются не состоятельными, обладающие слишком маленькой надежностью, либо требующие не померенных затрат на поддержание оборудования в рабочем состоянии. Особенно это касается области военных технологий, в которой предъявляются повышенные требования к надежности и стабильности работы оборудования, от которого зачастую зависят жизни работающих с ним операторов.

Дальнейшее повышение быстродействия ЭВМ может быть реализовано только путем распространения принципа параллелизма на сами устройства обработки информации и создания многомашинных и многопроцессорных (мультипроцессорных) вычислительных систем и использованием принципа распределенных вычислений. Такие системы позволяют производить распараллеливание во времени выполнения программы или параллельное выполнение нескольких программ.

Но не только ограничение в производительности отдельных ЭВМ ведут к популяризации и развитию вычислительных систем. Дело в том, что большинство компьютеров в мире простаивает. Персональные компьютеры через несколько лет устаревают, не реализовав и 10% своего потенциала.

Под потенциалом понимается количество мегафлопс, которое способен выдать ПК, помноженное на время его жизни.

Миллионы компьютеров по всему миру всего лишь копилка для пыли под столом, за исключением тех нескольких часов в сутки, когда владелиц соизволит поиграть в любимую игру или посмотреть свежее скаченный фильм из интернета, не задействовав при этом и половины своей мощности. Планета выключенных компьютеров – так мог бы назвать Землю какой-нибудь внешний наблюдатель, посети его желание ознакомиться, насколько эффективно мы расходуем вычислительные ресурсы.

Примерно в такой же ситуации находятся и организации, обладающие гигантскими вычислительными центрами суммарной производительностью во многие терафлопсы. По этому всю большую популярность набирает идея использовать гигантские ресурсы подключенных к Интернету персональных компьютеров и высокопроизводительных систем в совокупности для решения сложных задач.

Распределяя сверх требовательные к ресурсам задачи на тысячи и миллион подзадач, каждая из которых может выполняться на простом компьютере в то время, когда он простаивает. Например, при запуске скринсейвер может запускаться некая дополнительная задача, получающая порцию данных из интернета, обрабатывающая их и возвращающая результата на сервер. Задействовав несколько миллионов подключенных к сети компьютеров и вычислительных систем можно за короткий промежуток времени обработать огромный объем данных недоступный даже самым мощным компьютерам.

Несмотря на то, что вычислительные системы, сети и распределенные вычисления с каждым годом получают все большее распространение, на пути их массового применения стоит еще множество проблем. Две главные среди них – обеспечение надежности и развитие методологии программирования. Например, в кластере Google в среднем происходит отказ 1 компьютера в день (то есть за год аварии происходят примерно на 3% компьютеров). Конечно, за счет резервирования данных и кода эти сбои пользователям незаметны, но для программиста они являются большой проблемой.

Об этих проблемах, путях их решения, возможностях вычислительных систем и сетей, их принципах устройства и функционирования и будет говориться в данном разделе.