Суперкомпьютеры и компьютерные системы, предназначенные для различных отраслей промышленности

Архитектура компьютера

Суперкомпьютеры и компьютерные системы, предназначенные для различных отраслей промышленности.

Введение

Термин компьютер происходит от английского слова compute — вычислять. Соответственно, в русском языке компьютер — это устройство для выполнения вычислений, фактически — вычислитель. Историческая родина компьютеров — США,
где в период с 1935 по 1946 годы были сформулированы общие
принципы их построения и созданы первые электронные образцы, ставшие прародителями современных компьютерных систем.
С тех пор страна прочно удерживает лидирующие позиции в этой
сфере человеческой деятельности. Это обеспечило ей право самой присваивать группам компьютеров любые названия простым
добавлением к базовому термину компьютер различных словприставок. Со временем набралась обширная библиотека терминов пользовательской направленности, обозначающих группы
компьютеров — носителей общих признаков.
По мере развития компьютерной отрасли появлялись классы
и подклассы (семейства внутри классов) компьютеров с приставками пико, микро, мини, миди, макси, супер, добавляемыми
к базовому слову компьютер. Возникали и продолжают использоваться даже трёхсловные термины типа супермикрокомпьютер [1] и ряддругих. В итоге появился и закрепился на многие
годы термин суперкомпьютер, отожествляемый с вычислительными системами самой высокой продуктивности. До сих пор
нет точного определения термина, оно периодически уточняется,
следуя динамике развития этого класса вычислительных средств.
Английскому слову supercomputer соответствует русское понятие высокопроизводительная компьютерная система, т. е. вычислительная система, созданная для сверхбыстрого решения
прикладных задач. Поскольку русский термин слишком многословный, будем придерживаться названий суперкомпьютер (СК)
и суперкомпьютерная система (СКС).
Если в бытовом понимании классический компьютер как
универсальный вычислительный прибор может решать многие
виды задач, то суперкомпьютер должен уметь обрабатывать все
задачи, причём существенно быстрее. Таково дилетантское представление о возможностях суперкомпьютера. Однако желаемое
и действительное в данном случае не совпадают: повышение
быстродействия оборачивается на практике сужением области решаемых суперкомпьютерами задач. Причина этого противоречия очевидна — максимальную скорость решения задачи
можно получить лишь при полном совпадении алгоритма решаемой задачи с алгоритмом вычислительной модели компьютера.
А это означает ограничение области применения компьютера. На
этот шаг можно решиться только в случае, если задача актуальная, крупномасштабная и требующая постоянного (циклически
повторяющегося) решения в заданные сроки.
В итоге закрепилась тенденция к адаптации архитектур компьютеров под задачу (класс задач) с целью уменьшения времени
её (их) решения. Суть адаптации — полная специализация (подгонка) возможностей компьютера подконкретную задачу или
группу родственных задач. Одним словом, появление каждой
новой крупномасштабной задачи (КМЗ) можно рассматривать
как залог появления очередного суперкомпьютера. И чем больше
будет появляться КМЗ, тем большего числа СК и СКС следует
ожидать.
В процессе создания СКС возникали и другие противоречия, которые необходимо было преодолевать. Это противоречия
между производительностью и стоимостью, универсализацией
и специализацией, проведением границы между аппаратными
и программными средствами и т. д. Поиск оптимальных решений
по преодолению указанных противоречий превратился в мощную
движущую силу, определившую быстрое развитие той части
компьютеростроения, которая связала себя с созданием суперкомпьютеров и суперкомпьютерных систем на их основе.
Появление класса суперкомпьютеров спровоцировало появление термина суперкомпьютинг, который означает сверхбыстрые
вычисления. В дальнейшем будем придерживаться смысла терминов суперкомпьютер, суперкомпьютерная система и суперкомпьютинг, который нами зафиксирован выше.
Добавим одно важное замечание. Термин сверхбыстрые вычисления скрывает в себе реализацию многопоточного (другой
термин — многонитевого) вычислительного процесса параллельного (одновременного) решения набора задач либо одной
крупномасштабной задачи, представленной в виде сети взаимосвязанных подзадач, на множестве операционных (процессорных) элементов. Именно это обстоятельство во многом и определило базовую структуру операционной (решающей) части
суперкомпьютеров и суть реализуемого в них многопоточного
вычислительного процесса. Понятие потоковый процесс будет
пояснено ниже.