Новые поколения компьютеров

В пятом поколении ЭВМ предполагалось применить многопроцессорную машину параллельной архитектуры. Принцип работы одного из вариантов суперкомпьютера такой архитектуры – системы потока данных – иллюстрируется на схеме, составленной директором лаборатории вычислительной техники Массачусетского технологического института М.Л.Дертузосом (рис.12 ).

Рис. 11. Модель Дж.фон Неймана: однопроцессорный компьютер.

Рис. 12. Многопроцессорный компьютер параллельной архитектуры.

Особенностью этой системы является наличие нескольких комбинаций процессора и оперативной памяти, каналов "потока данных" и коммутационной сети между ними. Появляющиеся возможности технической реализации такой системы обеспечивает одновременность выполнения операций и ускорение процесса вычисления. Для наглядности схема воспроизводит тот же простой пример сложения четырех чисел, каждое из которых как бы помещено в тележку, движущуюся по рельсам.

В системе потока данных на схеме каждая из четырех комбинаций процессора и памяти присваивает числу (внутри тележки) направление (на флажке сбоку). Тележки движутся по коммутационной сети как на железнодорожных стрелках. Сеть начинает операции, направляя 3 и 15 в А, а 4 и 21 в Б, где они и помещаются в соответствующие оперативные памяти. (Таким образом, комбинации памяти и процессора В и Г в вычислениях участвовать не будут}. За первый такт программы в памяти А и Б предписывают соответствующим процессорам сложить числа и получить результаты, 18 и 25. Эти числа направляются коммутационной сетью в А. (Память, процессор иканал потока данных Б больше не потребуются). За второй такт, попав снова в процессор А, числа 18 и 25 складываются, образуя ответ 43.

Таким образом, имея 4 процессора, можно одновременно сложить 8 чисел за 3 такта или, другими словами, скорость вычислений в такой системе теоретически возрастает как экспонента к числу процессоров. ЭВМ Крэй-2 (США) имел четыре процессора, Крэй-3 – шестнадцать, а в Манчестерском университете проектировалась вычислительная машина с 256 процессорами. При этом, разумеется, изменение типа архитектуры было не единственным способом совершенствования компьютеров на пути к пятому поколению, а описанная модель их новой архитектуры являлся лишь одним из возможных вариантов.

Впервые идею о построении многопроцессорной ЭВМ высказали советские ученые в середине 70-х годов. Академик В. М. Глуш­ков в одной из последних своих бесед, будучи уже тяжело больным, предложил принцип вычислений на ЭВМ, который он назвал "макроконвейерным". Он уподобил работу обычного однопроцессорного компьютера заводскому конвейеру. Макроконвейер может быть ор­ганизован так, что несколько заводов кооперируются, изготав­ливая на своих конвейерах разные детали, которые затем соби­раются в готовое изделие. Точно так же, по его мнению, можно решать сложную вычислительную задачу параллельно на несколь­ких процессорах, если один из них обеспечивает управление ос­тальными. Эта идея сейчас успешно реализуется.

Характеризуя пятое поколение компьютеров, обычно говорят об их быстродействии в сотни миллиардов операций в секунду и объеме памяти в миллиарды байт, о том, что они воспри­нимают и выдают информацию в форме устной речи, распознают и отождествляют трехмерные цветные изображения, моделируют рассуждения специа­листов в узких предметных областях. Какое же конкретное примене­ние находят эти машины в жизни?

Большинство зарубежных специалистов считает, что самыми распространенными сферами использования компьютеров нового поколения являются промышленное производство и делопроизвод­ство, наука и техника, конструирование и программирование вычислительных машин, авиация и космонавтика, военное дело, сфера торговли и услуг, образование, здравоохранение, искус­ство и культура. Значительная часть необходимых технических и программных средств уже создана и работает в промышленном режиме. Для массового их про­изводства и внедрения требуются экономичные технологии и серьезные меро­приятия по подготовке пользователей.

В промышленности компьютеры нового поколения позволяют создать полностью автоматизированные производства, управление которы­ми централизовано и осуществляется на уровне заданий по ассор­тименту, количеству и качеству изделий. В делопроизводстве интегрируется хранение, поиск и распространение служебной документации с организационным управлением и средствами комму­никации. Получают распространение телеконференции.

В науке, технике, медицине, авиации, торговле и сфере ус­луг повышается эффективность справочно-информационных систем, которые позволяют абонентам на рабочем месте перерабатывать в нужном аспекте полученную информацию. Экспертные и особенно диагностические системы достигают в этих сферах высокой сте­пени интеллектуализации и занимают важное место в структуре трудовой деятельности ученых, инженеров, врачей и специали­стов многих других отраслей народного хозяйства.

Образование и игры составляют особую сферу применения ком­пьютеров, особенно персональных, на которую в настоящее время падает значительная доля их сбыта. Важную роль здесь иг­рает совмещение цветного и объемного изображения со звуком и возможностью манипулировать текстом. Учебный процесс стано­вится активным и динамичным. Каждый может преобразовать учеб­ник под свои нужды. Сведения сообщаются не только в виде тек­ста, но могут иллюстрироваться изображениями процессов и со­провождающих их звуков. Обучение сочетается с творчеством, отдых с просвещением. Вы можете, не выходя из дома, совершать путешествия, посещать музеи, обучаться вождению автомобиля, самолета, космического корабля и т. п.