Информация и информационная культура

 

1975-й. Студенты Пол Аллен  и Билл Гейтс реализовали интерпретатор  языка Бейсик для персонального  компьютера Altair. Они же основали  компанию Microsoft, являющуюся сегодня  крупнейшим производителем программного  обеспечения персональных компьютеров.

 

Создан микропроцессор MOP-technology 6502, он состоял из 4300 транзисторов и  широко использовался в персональных компьютерах того времени.

 

Фирма IBM представила на рынок  один из первых лазерных принтеров IBM 3800.

 

1977-й. В этом году  в массовое производство были  запущены три персональных компьютера: Apple-2 (Apple Computer) на базе процессора 6502, PET (Commodore) на базе процессора 8088, TRS-80 (Tendy Corporation) на базе процессора Z80.

 

1983-й. Фирма Apple Computer построила  персональный компьютер Apple Lisa - первый  компьютер, управляемый манипулятором  "мышь".

 

В этом же году началось массовое использование гибких дисков (дискет) как стандартных носителей информации.

 

1985-й. Первая попытка  Microsoft реализовать многозадачную  операционную среду для персонального  компьютера на основе графического  интерфейса Windows 1.01.

 

1988-й. Основатель фирмы  Apple Стив Джобс со своей новой  фирмой Next Computer создали компьютер  Next и операционную систему Next Step.

 

Фирмой Philips разработан стандарт записи компакт-дисков CD-I (CD-Interactive).

 

1989-й. Тим Бернерс-Ли (Tim Berners-Lee, Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire - CERN, Женева) предложил концепцию распределенной  информационной системы с целью  "объединения знаний человечества", которую он назвал "Всемирной  паутиной" (World Wide Web - WWW). Для ее  создания он объединил две  существующие технологии - технологию IP-протоколов для передачи данных  и технологию гипертекста (Hypertext Technology).

 

1991-й. Создан первый  браузер (Browser) - компьютерная программа  просмотра гипертекста - работавший  в режиме командной строки. Его  применение позволило уже в  1992 году успешно реализовать предложенный  проект, который был направлен  в конечном итоге на создание "бесшовного информационного  пространства" (Seamless Informational Area), охватывающего  всю планету.

 

1993-й. Фирма Intel представила  микропроцессор Pentium.

 

Фирма Siemens представила свой нейрокомпьютер "Synapse1", мощность которого эквивалентна 8000 рабочих станций. Компьютер параллельно обрабатывает информацию от сети искусственных нейронов - идеальное устройство для решения  задач по распознаванию изображений  и речи.

 

1995-й. Главным событием  в мире программного обеспечения  персональных компьютеров стало  создание универсальной многозадачной  операционной системы Windows 95. Выпущенная  в сентябре 1995 года система Windows 95 стала первой графической операционной  системой для компьютеров IBM PC. Впоследствии эта операционная  система получила свое развитие  в Windows 98.

 

Производители аппаратно-программного обеспечения изготавливают узлы и устройства так, чтобы они были совместимы с Windows 95(98). Теперь можно  приобретать новые устройства и  устанавливать их в компьютер, рассчитывая  на то, что все прочие устройства и программы будут работать нормально. Фирма Microsoft в системе Windows 95 ввела  новый стандарт самоустанавливающихся  устройств (Plug & Play).

 

1996-й. С каждым новым  поколением ЭВМ увеличивались  быстродействие и надежность  их работы при уменьшении стоимости  и размеров, совершенствовались  устройства ввода/вывода информации. В соответствии с трактовкой  компьютера - как технической модели  информационной функции человека - устройства ввода приближаются  к естественному для человека  восприятию информации (зрительному,  звуковому, тактильному), и, следовательно,  операция по ее вводу в компьютер  становится все более удобной  для человека.

 

В последней четверти ХХ века промышленные ЭВМ, а затем персональные компьютеры стали аппаратно-вычислительной основой создания многофункциональных  управляющих и информационных систем. В таблице 2.4 приведены параметры  электронно-вычислительных устройств  разных поколений.

 

Таблица 2.4.

Поколение Элементная база Быстродействие Программное обеспечение Применение Примеры

1-е (1946-1959) Электронные лампы 10-20 тыс. операций/сек Машинные языки Расчетные задачи ЭНИАК (США), МЭСМ (СССР), УРАЛ (СССР)

2-е (1960-1969) Полупроводники 100-500 тыс. операций/сек Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим Инженерные, научные, экономические задачи IВМ 701 (США), БЭСМ-6, БЭСМ-4 (СССР), Минск-22 (СССР)

3-е (1970-1979) Интегральные микросхемы Порядка 1 млн операций/сек Операционные системы, режим разделения времени АСУ, САПР, научно-технические задачи IBM 360 (США), ЕС 1030, 1060 (СССР)

4-е (1980 - наст. время) СБИС, микропроцессоры Десятки и сотни млн. операций/сек Базы и банки данных Управление, коммуникации, АРМ, обработка текстов, графика ПЭВМ, серверы

Современный компьютер принято  разделять на аппаратную часть ("железо" - Hardware) и программное обеспечение (ПО - Software). На рис. 2.7 показана упрощенная схема системной ("материнской") платы персонального компьютера. В физическом исполнении на плате  имеются соответствующие разъемы (слоты) для размещения процессора, модулей оперативной памяти, подключения  устройств ввода/вывода.

 

 

 

 

Рис. 2.7.

Интерфейс между процессором, внутренними и внешними устройствами осуществляется с помощью шин  и совокупности устанавливаемых  на плате специальных микросхем (Chipset). На плате размещается также  специализированный блок (Basic Input/Output System -- BIOS), который предназначен для хранения параметров конфигурации персонального  компьютера, аппаратных драйверов и  программы POST, проверяющей при включении  компьютера работоспособность его  различных устройств.

 

Научно-технический прогресс в первую очередь влияет на развитие аппаратной части: уменьшаются геометрические размеры транзисторов, увеличивается  быстродействие, растет скорость передачи данных и т. п.; но новые аппаратные возможности дают импульс созданию новых программ. Покупатель компьютера в основном платит за стоимость аппаратуры, которую, один раз купив, нельзя бесплатно  много раз обновлять. "Мягкость" составной части программного обеспечения, разработанного на базе принципа "открытых систем", обеспечивается возможностью "загрузки" разных программ на одну и ту же аппаратную платформу. Это  позволяет многократно увеличить  скорость обновления функциональных возможностей компьютеров (скорость предоставления новых сервисов для пользователей).

 

Программное обеспечение  обычно разделяют на системное и прикладное.

 

Операционная система (ОС) - базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными  средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также  выполнение прикладных программ и утилит.

 

При включении компьютера операционная система загружается  в память раньше остальных программ и затем служит платформой и средой для их работы. Помимо вышеуказанных  функций ОС может осуществлять и  другие, например предоставление пользовательского  интерфейса, сетевое взаимодействие и т. п. Выбор того или иного  системного программного обеспечения  достаточно сильно зависит от аппаратной части компьютера. В настоящее  время широко используются Microsoft Windows, Mac OS и системы класса UNIX.

 

Назначение и функции  прикладного ПО настолько разнообразны, что даже простое перечисление заняло бы слишком много места - этому  разделу знаний посвящена достаточно обширная литература.

Суперкомпьютеры и кластеры

 

При произнесении слова "суперкомпьютеры" воображение рисует сцены, навеянные  научно-фантастическими романами, - огромные помещения, которые заполнены  сложными вычислительными устройствами, именуемыми "электронным мозгом". В действительности дело обстоит  не совсем так. Первые экземпляры суперкомпьютеров и в самом деле были достаточно громоздкими. Успехи микроэлектроники и нанотехнологий позволили уменьшить  суперкомпьютер до нескольких небольших "шкафов", находящихся в одной  комнате средних размеров. Современный  суперкомпьютер - это мощный компьютер  с производительностью несколько  миллиардов операций с плавающей  точкой в секунду. Суперкомпьютер представляет собой многопроцессорный и/или  многомашинный комплекс, работающий на общую память и общее поле внешних  устройств.

 

Чаще всего авторство  термина приписывается Д.Мишелю и С.Фернбачу, в конце 60-х годов XX века работавшим в Ливерморской национальной лаборатории и компании Control Data Corporation. Тем не менее, известен факт, что еще в 1920 году в газете New York World рассказывалось о "супервычислениях" (Supercomputing), выполняемых при помощи уникального мощного табулятора IBM, который был собран по заказу Колумбийского университета.

 

 

 

 

Рис. 2.8.  Cray-2 - самый быстрый  компьютер 90-х годов ХХ века

Термин "суперкомпьютер" вошел в общеупотребительный  лексикон благодаря распространенности компьютерных систем американца Сеймура  Крея - Control Data 6600, Control Data 7600, Cray-1, Cray-2, Cray-3 и Cray-4 (рис. 3.4.3). Крей разрабатывал вычислительные машины, которые, по сути, становились  основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60-х годов до 1996 года. Неслучайно в то время одним из популярных определений суперкомпьютера было следующее: "любой компьютер, который создал Сеймур Крей". Сам Крей никогда не называл свои детища суперкомпьютерами, предпочитая использовать вместо этого обычное название "компьютер".

 

На сегодняшний день суперкомпьютеры  являются уникальными системами, создаваемыми "традиционными" лидерами компьютерного  рынка, такими как IBM, Hewlett-Packard, NEC и другими, которые приобрели множество  ранних компаний, вместе с их опытом и технологиями. Компания Cray Inc. по прежнему занимает достойное место в ряду производителей суперкомпьютерной техники.

 

Большинство суперкомпьютеров 70-х годов ХХ века оснащались векторными процессорами, К началу и середине 1980-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно  работающих векторных процессоров  практически стало стандартным  суперкомпьютерным решением. Типичный векторный компьютер включает в  себя скалярный процессор целочисленной  арифметики, функциональные блоки сложения и умножения чисел с плавающей  точкой, векторный процессор и  общую память. Это компьютеры, построенные  по технологии "разделяемая память - один поток управления - много потоков  данных" ("Shared Memory - Single Instruction - Multi Data").

 

Конец 1980-х и начало 1990-х  годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки  данных к большому и сверхбольшому  числу параллельно соединенных  скалярных процессоров.

 

Массивно-параллельные системы  стали объединять в себе сотни  и даже тысячи отдельных процессорных элементов, причем ими могли служить  не только специально разработанные, но и общеизвестные и доступные  в свободной продаже процессоры. Большинство массивно-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC (Reduced Instruction Set Computer), наподобие Power PC или PA- RISC. Использование серийных микропроцессоров позволило не только гибко менять мощность установки в зависимости  от потребностей и возможностей, но и значительно удешевить производство. Примерами суперкомпьютеров этого  класса могут служить Intel Paragon, IBM SP, Сray T3D/T3E и ряд других.

 

В ноябре 2002 года фирма Cray Inc. анонсировала решение Cray X1 с характеристиками 52,4 Тфлопс и 65,5 Тб ОЗУ (флопс - термин от английского словосочетания Floating Point, означающего вычисления с плавающей  точкой). Его стартовая цена начиналась с 2,5 миллионов долларов. Этим комплексом сразу заинтересовался испанский  метеорологический центр. В это  же время был опубликован список Top 500 (http://www.top500.org), в который входили  вычислительные системы, официально показавшие максимальную производительность. Его  возглавила "Компьютерная модель Земли" (Earth Simulator) с результатом 35,86 Тфлопс (5120 процессоров), созданная одноименным японским центром и NEC. На втором-четвертом местах со значительным отставанием расположились решения ASCI (7,7; 7,7 и 7,2 Тфлопс). Они эксплуатируются Лос-Аламосской лабораторией ядерных исследований, а созданы Hewlett-Packard (первые два насчитывают по 4096 процессоров) и IBM (8192 процессора).

 

Петафлопсный рубеж (тысяча триллионов операций с плавающей  запятой в секунду) компания Cray Inc. обещает преодолеть к концу десятилетия. Схожие сроки сулят и японцы. В  Токио в рамках соответствующего проекта GRAPE [http://grape.astron.s.u-tokyo.ac.jp/grape/] готовится  модель GRAPE-6. Она объединяет 12 кластеров  и 2048 процессоров и показывает производительность 2,889 Тфлопс (с потенциальными возможностями 64 Тфлопс). В перспективе в GRAPE-решение  будет включено 20 тыс. процессоров, а обойдется оно всего в 10 миллионов  долларов

 

Однако уникальные решения  с рекордными характеристиками обычно недешевы, поэтому и стоимость  подобных систем никак не могла быть сравнима со стоимостью систем, находящихся  в массовом производстве и широко используемых в бизнесе. Прогресс в  области сетевых технологий сделал свое дело: появились недорогие, но эффективные решения, основанные на коммуникационных технологиях. Это  и предопределило появление кластерных вычислительных систем, фактически являющихся одним из направлений развития компьютеров  с массовым параллелизмом вычислительного  процесса (Massively Parallel Processing - MPP).

 

Вычислительный кластер - это совокупность компьютеров, объединенных в рамках некоторой сети для решения  крупной вычислительной задачи. В  качестве узлов обычно используются доступные однопроцессорные компьютеры, двух- или четырехпроцессорные SMP-серверы (Symmetric Multi Processor). Каждый узел работает под управлением своей копии  операционной системы, в качестве которой  чаще всего используются стандартные  операционные системы: Linux, NT, Solaris и  т. п. Рассматривая крайние точки  зрения, кластером можно считать  как пару персональных компьютеров, связанных локальной 10-мегабитной сетью Ethernet, так и обширную вычислительную систему, создаваемую в рамках крупного проекта. Такой проект объединяет тысячи рабочих станций на базе процессоров Alpha, связанных высокоскоростной сетью Myrinet, которая используется для поддержки  параллельных приложений, а также  сетями Gigabit Ethernet и Fast Ethernet для управляющих  и служебных целей.