Большие ЭВМ

История развития электронных вычислительных машин началась с так называемых больших ЭВМ и в ней выделяется 3 поколения, различающиеся по элементной базе и организации вычислительного процесса.

I поколение было основано на применении радиоламп. Родоначальником этого поколения является Эниак (США, 1946 г.), отличался громоздкостью (30 тонн), очень большим энергопотреблением и низкой надёжностью. Но достаточно быстро характеристики машин стали приемлемыми для практического использования в научных и промышленных целях (в частности в СГУ в концец 50-х годов работала единственная в Саратове ЭВМ Урал 2).

II поколение: использование полупроводников привело к увеличению количества элементов (и вычислительной мощности) на порядки, уменьшению энергопотребления и увеличению надёжности.

Общим недостатком в архитектуры I и II поколения ЭВМ было централизованное управление – процессор выполнял функции управления. Для преодоления были выработаны следующие меры, в полной мере реализованные в ЭВМ 3-го поколения:

- автономное управление устройствами, для чего в состав устройств включались специализированные устройства управления (контроллеры);

- для координации совместной работы устройств организуется система прерываний;

- ЦПУ координирует совместную работу устройств, выполняя, по существу, одну программу — ОС (пакеты прикладных программ рассматриваются как части ОС и должны удовлетворять её требованиям).

Впервые система прерываний и ОС у нас появилась в ЭВМ
Урал-14Д, которая по элементной базе являлась машиной II поколения, а по организации вычислительного процесса – III поколения..

III поколение:элементной базой являлись интегральные схемы (ИС) и большие интегральные схемы (БИС). Начало широкомасштабного внедрения ЭВМ III поколения связывают с появлением системы ЭВМ IBM 360, позднее IBM 370 (конец 60-х - начало 70-х).

В СССР их аналогом явилась система ЕС ЭВМ. Системы представляли собой ряд ЭВМ с общей элементной базой и одинаковой организацией, но различающихся по вычислительной мощности (а следовательно – по габаритам, энергопотреблению и стоимости).

ЭВМ III поколения позволили реализовать принципиально новые подходы в обработке информации:

- Концепция максимального использования вычислительной мощности могла быть реализована только при использовании многозадачного режима ОС.

- Полномасштабная обработка сейсморазведочных данных в полной мере была реализована в комплексе СЦС-3 ЕС (уникальный набор алгоритмов, основа для СЦС-3 PC, SDS-PC).

Совершенствование вычислительной техники идет по пути распараллеливания вычислительного процесса – одновременного выполнения вычислений несколькими процессорами. Примеров такого подхода может служить создание на базе ЭВМ СМ-2 мощной вычислительной системы ПС-2000, содержавшей до 128 идентичноых процессоров. Именно по этому принципу строятся супер-ЭВМ..

Супер-ЭВМ Принципиальным отличием данного типа ЭВМ от других большихЭВМ является повышение быстродействия вычислительных устройств – от 160 Мфлоп до 128 Гфлоп (раньше быстродействие измерялось в тысячах операций с фиксированной запятой в с, сейчас – в мегафлопах – миллион операций с плавающей запятой /с). Используются исключительно в сетях ЭВМ как «главный вычислитель» для выполнения массовых операций. Функции управления в сети выполняют машины с меньшим быстродействием.

Персональные компьютеры (PC)

Первый PC Altairбыл разработан фирмы MITS (США, 1975 г), но эра персональных компьютеров началась с РС Apple(Стив Джобс, Стив Возняк, 1976 г.), который явился по сути дела первым массовым вычислительным устройством. Окончательно концепция РС оформилась с выходом на этот рынок мощной компании IBM, буквально завалившей рынок принципиально новыми программными прродуктами

PC привнесли в вычислительную технику кардинально новые подходы:

- концепцию массового пользователя (как высоко- , так и низкоквалифицированного), что обеспечивалось:

~ дружественным матобеспечением;

~ широким набором разнообразных программных продуктов.

- окрытой архитектура (допускает Upgrade);

- концепцией «оптимизация решения задачи», которая явилась следствием отказа от многопользовательской концепции эксплуатации ЭВМ (но не от многозадачной!).

Насыщение сферы производства и управления PC потребовало оперативного обмена информацией между компьютерами. Это привело к созданию вначале локальных, а позже глобальных сетей (типичный представитель – Internet). Сетевая стратегия обезличивает ЭВМ. ОС Unixи её версии, занимающие главенствующее положение в сетевых структурах, предоставляют пользователю все ресурсы сети, но ограничивают доступ к информации (по сути дела происходит возврат к многопользовательской структуре, но на новом уровне).

Большие ЭВМ ( не суперЭВМ!) были вытеснены PC из-за:

- высокой производительности (IBM PC/AT 386/387 - ЕС 1050);

- компактности и экономичности (на одних и тех же площадях можно разместить существенно большие вычислительные мощности при малом энергрпотреблении);

- ориентации на оптимальное достижение конечного результата;

- низкой стоимости (следствие .массового производства).

♦ Основой для комплексов программ обработки сейсморазведочной информации на PC послужили комплексы, реализованные на ЕС ЭВМ, т.к. алгоритмы обработки одинаковы для любой платформы. При этом имела место тенденция к сохранению интерфейса ЕС ЭВМ (что иногда приводило к ограничению возможностей PC).

Рабочие станции (Work Station, WS)

Создавались как интеллектуальные терминалы в сетях супер-ЭВМ для разгрузки их от рутинных операций интерфейса, что потребовало от WS высоких характеристик. Высокие характеристики WS позволяли использовать их как высокопроизводительные микро-ЭВМ.

В России распространены WS таких фирм, как IBM, SUN Microsystem Computer Company, Silicon Graphyks и др.

Области применения WS – переработка больших объёмов информации:

- автоматизированное проектирование;

- сложные тренажеры;

- создание мультфильмов;

- обработка сейсморазведочной информации.

Аппаратная база WS (Hard Ware) использует:

- высокопроизводительные RISK-процессоры;

- высокопроизводительный машинный интерфейс (шины адреса, данных, команд) – разрядность процессоров и шин 8 байт (в PC -4 байта);

- большие объёмы ОЗУ;

- высокопроизводительные жесткие диски, использующие SCSI-интерфейс (SCSI-2, SCSI-2 Fast Whit);

- высокопроизводительную и высокоэффективную графику (видеопамять более 512 Мбайт, дисплеи с диагональю не менее 19").

WS эксплуатируются исключительно под управлением многопользовательских операционных систем семейства Unix (на WS Sun - Solaris, на PC - Linux и т.п.)

ОС Unix разрабатывалась для больших ЭВМ и оказалась очень удачной для сетевых структур.

WS работают как правило в составе иерархической сети. Одна из машинсети (как правило, с .максимальной производительностью и максимальным объёмом памяти) используется как головная(выполняющая функции сетевого сервера, файл-сервера, главного вычислителя). Другиемашины выполняют функции интеллектуальных терминалов.

Пользователь в сети имеет имя и пароль, наделяющие его определёнными правами доступа к информации (максимальными правами наделён администратор сети).

Рациональную организацию вычислительного про­цесса берёт на себя ОС головной машины (пользователь, как правило, не знает, где лежит его материал и какая ЭВМ сети его обрабатывает в данный момент).

Для WS разработано большое число промышленных комплексов программ обработки сейсморазведочных данных (в Саратове эксплуатируются СЦС-5, Geovecteur Plus, ProMax, Focus и др.)

Для PC разрабатываются комплексы экспресс-обработки (SDS PC, SeisWin, RadExPro Plus и др.). Имеет место тенденция адаптации промышленных комплексов к платформеPC (например, Focus под управлением ОС Linux).

Содержание обработки можно уяснить, рассмотрев наиболее употребительные алгоритмы, однако в настоящее время разработчики комплексов их не публикуют, полагая программные продукты ноу-хау фирмы. Тем не менее, набор основных алгоритмов ограничен и практически одинаков во всех комплексах.. Поэтому можно в качестве примера конкретной реализаци использовать СЦС-3 ЕС, где описание программ сопровождалось кратким изложением алгоритма.

Так как данный курс сильно ограничен во времени, то для практического освоения следует выбрать комплекс с наиболее простым интерфейсом, каковыми, как правило, являются комплексы экспресс-обработки.

Всё сказанное выше определило выбор комплексов программ, рассматриваемых в данном курсе:

- структура комплексов рассматривается на примере RadExPro Plus (проектная организация обработки) и SeisWin (профильная организация);

- основные алгоритмы - на основе СЦС-3 ЕС.

- некоторые особенности современных промышленных комплексов программ насмотрим на примере комплексов Focus (разработан израильской фирмой Paradigm Geophysical), и Geovecteur Plus (разработан французской Companie General Geophysic).

Терминология (предложена ЦГЭ)

Алгоритм - последовательность действий над обрабаты­ваемой информацией, направленная на дости­жение желаемого результата.

Программа (программный модуль) - последовательность команд на алгоритмическом языке программи­рования или машинно-ориентированных ко­манд, реализующих тот или иной алгоритм.

Примечание:один и тот же алгоритм может быть реализован разными способами (разными программами).

Процедура этап обработки информации, отличающийся от других этапов целью (например, коррекция СП, коррекция КП, миграционное преобразование, скоро­стной анализ и т.п.).

Примечание:процедура может реализовыватъся одним или не­сколькими последовательно выполняемыми алго­ритмами.

Граф (граф обработки, граф задания)- последовательность процедур во всём цикле обработки или в пределах одного задания на обработку.

Геофизическое задание (поток обработки в RadExPro) – описание последовательности преобразований некоторого объёма входной информации и фиксации результатов преобразований.

Любое геофизическое задание должно:

- начинаться с модуля, загружающего обрабатываемый объём информации (входной поток информации);

- представлять собой описание последовательности операций с параметрами операций;

- сопровождаться вспомогательной информацией, используемой в обработке;

- заканчиваться модулем записи результатов обработки (выходной поток информации).

Контрольные вопросы

1. По каким критериям классифицируются комплексы программ обработки сейсморазведочных данных?

2. Каково назначение полевых обрабатывающих комплексов?

3. Каково назначение лабораторных обрабатывающих комплексов?

4. Какие виды организации процесса обработки используются в обрабатывающих комплексах?

5. Какие типы вычислительных платформ вам известны?

6. Чем различаются I и II поколения больших ЭВМ?

7. Каковы принципиальные отличия ЭВМ III поколения?

8. Какая концепция организации вычислительного процесса реализована в больших ЭВМ III поколения?

9. В чём принципиальные отличия супер-ЭВМ и какова стратегия их использования?

10. В чём состоит концепция персонального компьютера (РС)?

11. По каким причинам были вытеснены большие ЭВМ?

12. Чем принципиально отличаются рабочий станции (WS) от персональных компьютеров и какова стратегия их использования?

13. Какой тип операционных систем используется в WS?

14. Какие комплексы программ обработки сейсморазведочных данных для WS вам известны?

15. Какие комплексы программ обработки сейсморазведочных данных для экспресс-обработки вам известны?

16. Что понимается под алгоритмом?

17. Что понимается под программой (программным модулем)?

18. Что понимается под процедурой обработки?

19. Как строится геофизическое задание (поток обработки)?