Вычислительные машины за свою полувековую историю
прошли стремительный и впечатляющий путь, отмеченный частыми сменами поколений
ЭВМ. В этом процессе развития можно выявить целый ряд закономерностей:
• весь период развития средств электронной
вычислительной техники (ЭВТ) отмечен доминирующей ролью классической структуры
ЭВМ (структуры фон Неймана), основанной на методах последовательных вычислений;
• основным направлением совершенствования ЭВМ
является неуклонный рост производительности (быстродействия) и
интеллектуальности вычислительных средств;
• совершенствование ЭВМ осуществлялось в комплексе
(элементно-конструкторская база, структурно-аппаратурные решения, системно-программный
и пользовательский, алгоритмический уровни);
• в настоящее время наметился кризис классической
структуры ЭВМ, связанный с исчерпанием всех основных идей последовательного счета.
Возможности микроэлектроники также не безграничны, давление пределов ощутимо и
здесь.
Дальнейшее поступательное развитие вычислительной
техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями
построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество
отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь появляются огромные возможности
совершенствования средств вычислительной техники. Но следует отметить, что при
несомненных практических достижениях в области параллельных вычислений до
настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.
Термин вычислительная система появился в
начале - середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения. Это время
знаменовалось переходом на новую элементную базу - интегральные схемы.
Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение
процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и
коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во
времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопользовательская и
многопрограммная обработка.
Отражая эти новшества, и появился термин
«вычислительная система». Он не имеет единого толкования в литературе, его
иногда даже используют применительно к однопроцессорным ЭВМ. Однако общим здесь
является подчеркивание возможности построения параллельных ветвей в вычислениях,
что не предусматривалось классической структурой ЭВМ.
Под вычислительной системой (ВС) будем
понимать совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ,
периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для
подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по
отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих
параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели:
повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки
данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление
пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.
Параллелизм в вычислениях в значительной степени
усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и
программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.
Самыми важными предпосылками появления и развития
вычислительных систем служат экономические факторы. Анализ характеристик ЭВМ
различных поколений показал, что в пределах интервала времени,
характеризующегося относительной стабильностью элементной базы, связь
стоимости и производительности ЭВМ выражается квадратичной зависимостью -
«законом Гроша».
Кроме выигрыша в стоимости технических средств,
следует учитывать и дополнительные преимущества. Наличие нескольких
вычислителей в системе позволяет совершенно по-новому решать проблемы
надежности, достоверности результатов обработки, резервирования, централизации
хранения и обработки данных, децентрализации управления и т.д.
Основные принципы построения, закладываемые при
создании ВС:
• возможность работы в разных режимах;
• модульность структуры технических и программных
средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные
системы без коренных их переделок;
• унификация и стандартизация технических и
программных решений;
• иерархия в организации управления процессами;
• способность систем к адаптации, самонастройке и
самоорганизации;
• обеспечение необходимым сервисом пользователей
при выполнении вычислений.