Файл: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ (ЗАРОЖДЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ).pdf

В 60-х годах XX века создаются малые машины для инженерных расчетов, отличающиеся простым внешним языком, ориентированным на решение инженерных задач со схемной реализацией трансляции и наличием удобных средств общения (взаимодействия) человека с машиной^[73].

Развитие ЦВМ в целом идет по пути увеличения их надёжности, производительности, объёмов памяти, удобства общения человека с машиной и миниатюризации элементов для преобразования и хранения информации.

Производительность больших ЦВМ достигала в 60-х годах XX в. миллионов операций в секунду. Объём оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) увеличился до сотен тысяч слов, а внешнего ЗУ – до миллиардов слов^[74]. Машины оснащались всё более совершенными устройствами обмена информацией с пользователями. Особую роль играет применение в ЦВМ интегральных схем, которые наряду с повышением качества средств вычислительной техники позволяли также далеко продвинуть автоматизацию их проектирования и производства. Влияние элементной базы на развитие вычислительной техники, особенно ЦВМ, было и является настолько определяющим, что в зависимости от типа применяемых элементов теперь различают поколения ЦВМ^[75].

Важной вехой на пути развития средств вычислительной техники явилось появление ЦВМ, рассчитанных на многопрограммную обработку информации, обеспечивающую одновременную работу машины по ряду программ и существенно увеличивающую её полезную отдачу. Этапом развития ЦВМ в этом же направлении является создание развивающихся высокими темпами мультипроцессорных машин и систем.

Вместе с усовершенствованием структур ЦВМ происходит и развитие математического обеспечения ЦВМ, в частности создание эффективных систем программирования, основанных на универсальных, проблемно-ориентированных и специализированных алгоритмических языках, и операционных систем, эффективно организующих вычислительный процесс в целом, включая взаимодействие между пользователем и машиной. Развитие математического обеспечения, в свою очередь, оказывает сильное влияние на принципы построения машин, в структурах которых реализуются некоторые компоненты математического обеспечения, а это существенно повышает эффективность работы машины в целом, а также облегчает взаимодействие человека с машиной. Последнее приобретает весьма важное значение в условиях непосредственной эксплуатации ЦВМ пользователями различных специальностей, в особенности в режиме диалога человека с машиной^[76].

---

В начале 70-х гг. ХХ в. в СССР происходит разработка систем серии «Эльбрус». «Эльбрус-2» использовался в ядерных центрах, системе противоракетной обороны и других отраслях «оборонки»^[77].

В 2008 г. в РФ был запущен в работу СКИФ МГУ, суперкомпьютер, собранный на базе решений и оборудования американской фирмы Intel. Проект был разработан в Белорусском государственном Университете^[78].

Пиковая производительность самого мощного на тот момент в России, СНГ и Восточной Европе суперкомпьютера СКИФ МГУ, построенного на базе 625 blade-серверов производства «Т-Платформы» с 1250 четырехъядерными процессорами Intel® Xeon® E5472, составила 60 триллионов операций в секунду. Реальная производительность системы на тесте Linpack-47 Терафлопс, составила 78,4% от пиковой, что явилось лучшим показателем эффективности среди всех систем первой сотни списка «Тор500» самых мощных компьютеров мира на базе четырехъядерных процессоров Intel Xeon. Реальная производительность суперкомпьютера СКИФ МГУ на момент создания (т. е. на 2008 г.) соответствовала 22-ой позиции текущего мирового рейтинга «Тор500», что на тот момент было абсолютным рекордом для России. Данный суперкомпьютер также являлся седьмым по мощности среди всех суперкомпьютеров, использующихся в мировой системе образования^[79].

За годы, последовавшие после создания суперкомпьютера СКИФ МГУ, в Российской Федерации наука и техника не стояли на месте. В это время были созданы такие суперкомпьютеры как «Ломоносов-2» и суперкомпьютер Росгидромета^[80].

В июне 2019 г. авторитетный портал «Top500» опубликовал первый в этом году рейтинг самых мощных суперкомпьютеров. Согласно отчету за июнь 2019 г., сразу два российских компьютера попали в список агентства.

Суперкомпьютеры МГУ «Ломоносов-2» и Росгидромета в рейтинге «Top500» заняли 93 и 365 места соответственно. Вычислительная мощность «Ломоносов-2» составляет 2478 трлн операций в секунду. Компьютер Росгидромета вполовину «слабее» и рассчитан на 1293 трлн операций в секунду. В ноябре прошлого года российские вычислительные системы занимали 79 и 283 позиции соответственно^[81].

В мае 2019 г. Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) имени И. С. Брука, входящий в концерн «Автоматика», объявил о создании первого отечественного суперкомпьютера на базе процессоров «Эльбрус». Его уникальной особенностью стала высокая энергоэффективность благодаря использованию водяного охлаждения. Кроме того, устройство обладает повышенной плотностью транзисторов в сравнении с аналогами на базе чипов Intel.

---

В основе отечественного суперкомпьютера используются восьмиядерные процессоры «Эльбрус-8С». Он состоит из стоек, каждая из которых содержит 153 блейд-сервера с четырьмя процессорами. Для сравнения модули на базе Intel вмещают только два чипа. Кроме того, инженеры применили интегрированную систему водяного охлаждения. Это позволило не только уменьшить габариты модуля, но и снизить энергопотери с десятков процентов, что типично для воздушного охлаждения, до всего 6%^[82].

Вычислительная мощность одного блейд-сервера составляет порядка 75 Тфлопс двойной точности, а одна стойка со 153 такими модулями способна выполнять до 75 триллионов операций с плавающей запятой за секунду. Максимальная мощность такого суперкомпьютера практически не ограничена, так как число стоек может масштабироваться. Кроме того, предусмотрена «горячая» замена вычислительных модулей и блоков питания без отключения всей системы^[83].

«Основное отличие наших IT-систем - высокий уровень информационной безопасности. «Эльбрусы» гарантированно не содержат «закладок», позволяющих удалённо влиять на работу системы и незаконно снимать информацию. Это позволяет использовать наш суперкомпьютер в чувствительных сферах, связанных с обработкой конфиденциальной информации»^[84], - отметил исполнительный директор Ростеха Олег Евтушенко.

Новый суперкомпьютер предназначен для выполнения высокопроизводительных вычислений, обработки больших объёмов данных и решения задач с повышенными требованиями к информационной безопасности.

Таким образом, суперкомпьютеры в нашей стране делает лишь несколько компаний: это, например, РСК и «Т-Платформы». Но главная проблема здесь видится в том, что компонентная база производимых в РФ суперкомпьютеров на 99% импортная. Страна находится на одном из последних мест в мире по производству и поставкам. В другие страны суперкомпьютеры, сделанные в РФ, практически не поставляются.

Итак, к началу мирового электронного этапа развития СВТ в СССР уже работала первая в стране аналоговая машина. Функционировать она начала даже чуть ранее – в 1945 г. До войны же были начаты исследования и разработки быстродействующих триггеров - основных элементов цифровых ЭВМ. Все последующие годы в стране велась работа по созданию СВТ. Среди учёных чей вклад в развитие СВТ в нашей стране был очень значительным, можно назвать С. А. Лебедева, И. С. Брука и Б. И. Рамеева. В последние годы суперкомпьютеры в Российской Федерации появляются, однако они не обладают такой производительностью, как суперкомпьютеры, сделанные в США и Китае. Суперкомпьютеры в нашей стране в настоящее время делает лишь несколько компаний: это РСК, «Т-Платформы» и некоторые другие. Но главная проблема здесь видится в том, что компонентная база производимых в РФ суперкомпьютеров на 99% импортная. Страна находится на одном из последних мест в мире по производству и поставкам. В другие страны суперкомпьютеры, сделанные в РФ, практически не поставляются.

---

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, рассмотрев вопросы темы, можно сделать следующие выводы.

В развитии средств вычислительной техники можно выделить четыре временных отрезка, четыре этапа развития вычислительной техники:

1) домеханический - с 40-30-го тысячелетия до н. э. и до середины XVII в н. э.;

2) механический - с середины XVII в. н. э. по 90-е гг. XIX в.;

3) электромеханический - с 90-х годов XIX в. по вторую половину 40-х гг. ХХ в.;

4) электронный - со второй половины 40-х годов XX в.

Домеханический этап развития СВТ начинается с того самого момента, когда человек смог научиться считать. Помогая себе делать необходимые вычисления, человек применяет подручные материалы в виде камешков, палочек, косточек и т. п. Далее, вслед за потребностью делать более сложные вычисления, возникает необходимость уже в упорядоченном раскладывании тех же самых камешков. Так появляются первые цифровые СВТ – абак, счёты.

Множество талантливых учёных участвовали в создании средств вычислительной техники в механический этап развития СВТ: Леонардо да Винчи, Вильгельм Шиккард, Блез Паскаль, Самюэль Морланд, Готфрид Вильгельм Лейбниц, Шарль де Кольмар и др. Результатом их усилий было изобретение арифмометра, комптометра, аналитической машины и др. Однако большинство учёных считает, что история происхождения счётных машин восходит именно к 1642 г., когда математик Блез Паскаль предложил устройство, позволяющее производить над числами такие математические операции, как сложение и вычитание. Считается, что это изобретение является первой успешной попыткой механизации умственного труда человека.

К сожалению, большинство изобретений механического этапа развития средств вычислительной техники не были доведены учёными до практического использования по многим причинам: недостаток финансирования, слабый уровень развития технологий в рассматриваемый период и др. Исключение: арифмометр, придуманный в 1820 г. Шарлем де Кольмаром, который выпускался серийно и поступил в широкую продажу. С некоторыми усовершенствованиями в конструкции арифмометры прослужили человеку в общей сложности 90 лет!

Электромеханический период развития СВТ стал самым непродолжительным в истории развития СВТ. Большой вклад внесли в развитие СВТ на данном этапе такие учёные как Герман Холлерит и Цузе. Это время стало временем изобретения первого табулятора (электромеханической счётной машины, изобретённой Г. Холлеритом).

---

Электронный период развития СВТ начался с 1946 г. – с момента создания первой электронно-вычислительной машины. Множество талантливых учёных участвовали в создании средств вычислительной техники на данном этапе развития СВТ: Уильям Шокли, Джон Бардин, Уолтер Берттейн, Джек Килби, Роберт Нойс, Стив Джобс и Стефан Возняк. Данный период был отмечен появлением: 1) первого в мире транзистора, что стало важнейшей вехой в истории создания компьютеров, поскольку именно транзисторы – основа всех микропроцессоров (первый транзистор изобрели Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Берттейн); 2) созданием интегральной микросхемы – первого прототипа современных микропроцессоров (изобретатели Джек Килби и Роберт Нойс); 3) созданием первого персонального компьютера (Стив Джобс и Стефан Возняк).

Самым мощным суперкомпьютером в мире на данный момент, т. е. по состоянию на июль-август 2019 г., является IBM Summit, расположенный в Национальной лаборатории Министерства энергетики США в Ок-Ридже, штат Теннесси. Его производительность оценивается в рекордные 148,6 петафлопс. Второе место занимает ещё один компьютер IBM – Sierra. Его максимальный показатель мощности составляет 94,6 Пфлопс. Замыкает тройку лидеров китайский Sunway TaihuLight с заявленной производительностью 93 Пфлопс. Страной с наибольшим числом сверхмощных вычислительных машин является сегодня Китай.

К началу электронного этапа мирового развития СВТ в СССР уже работала первая в стране аналоговая машина. Функционировать она начала даже чуть ранее – в 1945 г. До войны же были начаты исследования и разработки быстродействующих триггеров - основных элементов цифровых ЭВМ. Все последующие годы в стране велась работа по созданию СВТ. Среди учёных чей вклад в развитие СВТ в нашей стране был очень значительным, можно назвать С. А. Лебедева, И. С. Брука и Б. И. Рамеева. В последние годы суперкомпьютеры в Российской Федерации появляются, однако они не обладают такой производительностью, как суперкомпьютеры, сделанные в США и Китае. Суперкомпьютеры в нашей стране в настоящее время делает лишь несколько компаний: это РСК, «Т-Платформы» и некоторые другие. Но главная проблема здесь видится в том, что компонентная база производимых в РФ суперкомпьютеров на 99% импортная. Страна находится на одном из последних мест в мире по производству и поставкам. В другие страны суперкомпьютеры, сделанные в РФ, практически не поставляются.

По мнению учёных, в ближайшем будущем персональные компьютеры кардинально изменятся. Примерно в 2020-2025 годах ожидается появление:

---