Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектураинформационно-вычислительныхсистем.Вопросы: - презентация

1 Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектураинформационно-вычислительныхсистем.Вопросы: 1.Основные классы вычислительных машин (ВМ). 2.Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС). 3.Информационные системы (ИС). 4.Функциональная и структурная организация ИС. 5.Информационно-вычислительные системы (ИВС), их архитектурные особенности. ВССиТ1.2

2 Классы ВМ по принципу действия АВМ – аналоговые ЦВМ – цифровые (ЭЦВМ, ЭВМ) ГВМ – гибридные

3 Классы ВМ по этапам создания и элементной базе (поколения ЭВМ) Поколение ЭВМ отличает: Элементная база. Функционально-логическая организация. Конструктивно-технологическое исполнение. Программное обеспечение. Технические и эксплуатационные характеристики. Степень доступа к ЭВМ со стороны пользователя.

4 Первое поколение (40-50гг) Элементная база: электронные лампы, резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Оперативная память на ферритовых сердечниках (с середины 50-х годов). Устройства ввода-вывода: телеграфная аппаратура, затем ЗУ на МЛ, МБ, МД, специальные печатающие устройства. Быстродействие: неск. тыс. операций/сек. Ёмкость ОП: несколько тыс. машинных слов. Надёжность: несколько часов работы.

5 Джон (Янош) фон Нейман John von Neumann (Будапешт, – Вашингтон, ) В 1945 Джон фон Нейман опубликовал «Предварительный доклад о машине EDVAC», в котором описывалась сама машина и ее логические свойства. Описанная Нейманом архитектура компьютера получила название «фон Неймановской». Принципы архитектуры фон Неймана: 1.Программное управление. 2.Однородность памяти (принцип хранимой программы). 3.Адресность

6 Классическая (фон- Неймановская) структура ЭВМ Ядро ЭВМ (процессор, память, каналы обмена). Линейная память, размер ячейки фиксирован. Одноуровневая адресация ячеек памяти. Внутренний машинный язык низкого уровня. Последовательное централизованное управление вычислениями. (Примитивный) ввод-вывод.

7 1946: ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer | Электронный числовой сумматор и вычислитель Задача: расчёт траектории полёта артиллерийских снарядов ~ вакуумных ламп Вес 27 тонн, объём 85 м3, длина 30 м. Создатели: Джон Мочли ( ) John Mauchly Дж. Преспер Эккерт ( ) J. Presper Eckert

8 1951: UNIVAC 1 UNIVercal Automatic Computer 1, первая серийная ЭВМ (выпущено 46 экземпляров). Более 5000 электронных ламп, память на 1000 слов по 72 бита на ртутных линиях задержки. Вес 13 тонн, мощность 135 КВатт, цена $ июня 1951 года первый экземпляр заработал в Бюро переписи населения США. Создатели: Джон Мочли ( ) John Mauchly Дж. Преспер Эккерт ( ) J. Presper Eckert

9 Второе поколение (60-е гг) Транзисторы на смену электронным лампам. Применение печатного монтажа. Повышение характеристик на 2 порядка. Особенность поколения: дифференциация ЭВМ по применению. Алгоритмические языки, трансляторы.

10 Третье поколение (70-е гг) Интегральные схемы на смену сложным транзисторным схемам. Применение многослойного печатного монтажа. Широкий набор электромеханических устройств ввода-вывода информации. Операционная система. Абонентские пункты доступа, линии связи, режим разделения доступа.

11 IBM System/360, 1965 год Стоимость проекта - свыше 5 млрд. долл. Заново создано практически все: архитектура, элементная база и системное программное обеспечение. Фундаментальная база для развития компьютеров на следующие десятилетия: –программная совместимость в пределах всего семейства компьютеров, –разнообразные аппаратные и программные технологии. Идею создания семейства, состоящего из программно совместимых и родственных по архитектуре моделей, предложил не ученый и не инженер, а представитель отдела продаж IBM Дональд Спаулинг.

12 Динамика изменения соотношения стоимостей аппаратных и программных средств hardware software

13 13 Сложность программы = f (количество строк программного кода)? Фредерик Брукс. «Мифический человеко-месяц, или Как создаются программные системы»

14 14 Закон Брукса Глава 2. Мифический человеко-месяц 2.1 Программные проекты чаще проваливаются из-за нехватки календарного времени, чем по всем остальным причинам, вместе взятым. 2.2 Чтобы приготовить вкусную пищу, нужно время; некоторые задачи нельзя ускорить, не испортив результат. 2.3 Все программисты являются оптимистами: "Все будет хорошо". 2.4 Поскольку программист работает с чистыми идеями, мы не ожидаем особых трудностей при реализации. 2.5 Но сами наши идеи бывают ошибочными - отсюда и ошибки в программах. 2.6 Наши методы оценивания, основанные на учете затрат, смешивают затраты с полученным результатом. Человеко-месяц является ошибочным и опасным заблуждением, поскольку предполагает, что месяцы и количество людей можно менять местами. 2.7 Разделение задачи между несколькими людьми вызывает дополнительные затраты на обучение и обмен информацией. 2.8 Мое практическое правило: 1/3 времени - на проектирование, 1/6 - на написание программы, 1/4 - на тестирование компонентов и 1/4 - на системное тестирование. 2.9 Как научной дисциплине нам не хватает методов оценки Поскольку мы не уверены в своих оценках сроков работы, нам часто не достает смелости упрямо отстаивать их под нажимом руководства и клиентов Закон Брукса: если проект не укладывается в сроки, то добавление рабочей силы задержит его еще больше Добавление рабочей силы увеличивает общий объем затрат тремя путями: труд по перекраиванию задач и происходящее при этом нарушение работы, обучение новых людей, дополнительное общение.

15 15 Закон Платта «Любой проект по разработке ПО потребует в три раза больше времени, чем вы рассчитываете, даже если вы учитываете этот закон» Дэвид С.Платт, «Software Legend» по признанию Microsoft в 2002г. Nickname: "The Mad Professor"

16 16 «Death March» Edward Yourdon. «Death March. The Complete Software Developerss Guide to Surviving Mission Impossible Projects» Эдвард Йордон. «Путь камикадзе. Как разработчику программного обеспечения выжить в безнадёжном проекте» Эдвард Йордон - автор и соавтор более двух десятков книг, включая "Путь камикадзе,Закат и падение американского программиста","Подъем и возрождение американского программиста". В июне 1977 г. он был официально объявлен членом Зала славы компьютеров, объединяющим таких выдающихся людей, как Чарльз Бэббидж, Сеймур Крей, Джемс Мартин, Грейс Хоппер, Джеральд Вайнберг и Билл Гейтс. Широко известный как соавтор популярной методологии Коуда/Йордона, он создал и возглавил YOURDON - консалтинговую компанию, которая обучила уже более человек во всем мире.

17 Четвёртое поколение (80-90гг-н/в) Большие интегральные схемы, микропроцессоры: –увеличение плотности компоновки, –усложнение функций, –повышение надёжности и быстродействия, –снижение стоимости. Новые классы ЭВМ: миниЭВМ, микроЭВМ, персональные компьютеры.

18 Altair 8800 – первый ПК?

19 1976: APPLE 1

20 1981: IBM PC Разработан подразделением IBM в г. Бока- Ратон, шт. Флорида. Конфигурация: Процессор Intel Кбайт ОЗУ 1 флоппи-дисковод емкостью 160 Кбайт. В течение первого года продано около 136 тыс. шт. Цена: с монохромным дисплеем - $3 000 с цветным - $6 000 базовая стоимость - $1 565

21 Последующие (несостоявшиеся?) поколения 5 поколение, настоящее время: параллелизм сверхсложных микропроцессоров, СОЗ. 6 поколение, настоящее время: оптоэлектроника, параллелизм, нейронная структура несложных МП.

22 Классы ВМ по назначению Универсальные (общего назначения) Проблемно-ориентированные Специализированные

23 Классы ВМ по вычислительной мощности и размерам Сверхбольшие (СуперЭВМ) Больше Малые МикроЭВМ –Многопользовательские –Рабочие станции (workstations) –Серверы (servers) –Персональные компьютеры –Сетевые (network computers)

24 Классы ПЭВМ по конструктивным особенностям Настольные (desktop) Переносные –Портативные (Portable) –Наколенные (Laptop) –Блокноты (Notebook) Блокнотики (Subnotebook) –Планшетные (Tablet) –Наладонные (Palmtop) Электронные секретари (PDA, personnel digital assistant) КПК, карманные ПК (Pocket Коммуникаторы –Электронные записные книжки (Organizer) –Микро-ПК (micro PC) –Ультрамобильные (UMPC) –нетбуки

25 Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектураинформационно-вычислительныхсистем.Вопросы: 1.Основные классы вычислительных машин (ВМ). 2.Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС). 3.Информационные системы (ИС). 4.Функциональная и структурная организация ИС. 5.Информационно-вычислительные системы (ИВС), их архитектурные особенности. ВССиТ1.2

26 Многомашинные ВС Несколько ВМ Расстояние между ВМ Взаимодействие ВМ на уровне –Процессоров –Оперативной памяти –Каналов связи Типичный пример – компьютерная сеть

27 Многопроцессорные ВС Несколько процессоров Взаимодействие процессоров на уровне: –Регистров –Оперативной памяти Типичный пример – суперкомпьютер

28 BlackBox: «контейнерный» ЦОД A single Project Blackbox could accommodate 250 Sun Fire T1000 servers with the CoolThreads technology with 2000 cores and 8000 simultaneous threads. A single Project Blackbox could accommodate 250 x64-based servers with 1000 cores. A single Project Blackbox could provide as much as 1.5 petabytes of disk storage or 2 petabytes of energy-efficient tape storage. A single Project Blackbox could provide 7 terabytes of memory. A single Project Blackbox could handle up to 10,000 simultaneous desktop users. A single Project Blackbox currently has sufficient power and cooling to support 200 kilowatts of rackmounted equipment.

29 TOP IBM BlueGene/L Национальная лаборатория министерства энергетики США им. Лоуренса, Ливермор. 280,6 2 Cray Red Storm Национальная лаборатория «Сандия», США. 3 IBM BGW Исследовательский центр им. Т.Уотсона, США. 4 IBM ASC Purple Национальная лаборатория министерства энергетики США им. Лоуренса, Ливермор. 5 IBM MareNostrum Национальный суперкомпьютерный центр в Барселоне, Испания IBM MVS-15000BM Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, Москва. 6, HP SuperDome Сбербанк РФ, Москва. 3,059...

30 СКИФ Cyberia Суперкомпьютер Томского ГУ Представлен в конце февраля 2007г. Самый мощный в Росии, СНГ, OstEu Кластер: 282 вычислительных и 1 управляющий модуль (формфактор 1U, всего 8 шкафов), по два CPU Intel Xeon 5150/2,66 ГГц (всего 1132 вычислительных ядра) Пиковая производительность 12 TFLOPS; реальная (Linpack) 7,8 TFLOPS Общий объём ОП: 1136 Гбайт Общий объём МД: 22,56 Тбайт Cкорость передачи данных между узлами 950 Мбайт/с Суммарная пропускная способность параллельной файловой системы 700 Мбайт/с Потребление энергии: кластер 90 кВт, установка в целом 115 кВт Стоимость 51 млн.руб (нац.проект «Образование»)

31 Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектураинформационно-вычислительныхсистем.Вопросы: 1.Основные классы вычислительных машин (ВМ). 2.Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС). 3.Информационные системы (ИС). 4.Функциональная и структурная организация ИС. 5.Информационно-вычислительные системы (ИВС), их архитектурные особенности. ВССиТ1.2

32 Определения Система – совокупность элементов, взаимодействующих друг и другом, образующих целостность. Элемент системы – часть системы, имеющая определённое функциональное назначение. Организация системы – внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы.

33 Определения Структура системы – состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для пользователя.

34 Определения Информационная система – система, организующая, хранящая и преобразующая информацию. Система обработки данных (СОД) – комплекс взаимосвязанных методов и средств преобразования данных.

35 Виды СОД по степени механизации процедур преобразования данных: СРОД - ручной обработки, МСОД – механизированные, АСОД – автоматизированные, САОД – системы автоматической обработки данных.

36 Принципы построения эффективных АСОД принцип интеграции (данные, однажды введённые в АСОД, многократно используются; устраняется дублирование); принцип системности (обработка данных в различных разрезах); принцип комплексности (автоматизация процедур обработки на всех стадиях техпроцесса).

37 СОЗ, ЭС Системы обработки знаний (СОЗ) – развитые АСОД, имеющие специальное ПО для анализа семантики и логической структуризации информации. Экспертные системы – СОЗ + базы знаний. Высшее развитие ИТ.

38 Классификации ИС По функциональному назначению: –производственные ИС, –коммерческие ИС, –финансовые ИС и т.д. По объектам управления: –ИС автоматизированного проектирования, –ИС управления технологическим процессом (АСУ ТП), –ИС управления предприятием и т.д. По характеру использования информации: –информационно-поисковые, –информационно-советующие, –информационно-управляющие.

39 Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектураинформационно-вычислительныхсистем.Вопросы: 1.Основные классы вычислительных машин (ВМ). 2.Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС). 3.Информационные системы (ИС). 4.Функциональная и структурная организация ИС. 5.Информационно-вычислительные системы (ИВС), их архитектурные особенности. ВССиТ1.2

40 Управление Процесс целенаправленной переработки информации Функция системы, обеспечивающая сохранение или развитие основных свойств системы Управление осуществляется для достижения определённой цели.

41 Целевая функция управления -количественно измеряемая величина, функция входных и выходных переменных, параметров объекта управления и времени. Целевая функция показывает степень достижения целей управления.

42 Место ИС в процессе управления

43 Функции ИВС, управляющей крупным объектом Вычислительная Коммуникационная Информирующая Запоминающая Следящая Регулирующая Оптимизирующая Самоорганизующая Самоусовершенству- ющая Исследовательская Прогнозирующая Анализирующая Синтезирующая Контролирующая Диагностическая Документирующая

44 Состав основных подсистем ИС

45 Курс «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». Раздел 1. Информатика и вычислительные системы. Тема 1.2. Архитектураинформационно-вычислительныхсистем.Вопросы: 1.Основные классы вычислительных машин (ВМ). 2.Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС). 3.Информационные системы (ИС). 4.Функциональная и структурная организация ИС. 5.Информационно-вычислительные системы (ИВС), их архитектурные особенности. ВССиТ1.2

46 Информационно- вычислительная система - совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно- вычислительных процессов.

47 ВМ ВС ИВС Параметр50-е гг60-е гг70-е гг80-е ггНастоящее время Цель использования (преимущест- венно) Научно- технические расчёты Технические и экономически е расчёты Управление и экономические расчёты Управление, предоставление информации Телекоммуникации, информационное обслуживание и управление Режим работыОдно- программный Пакетная обработка Разделение времени Персональная работа Сетевая обработка Интеграция данных НизкаяСредняяВысокаяОчень высокаяСверхвысокая Расположение пользователя Машинный зал Отдельное помещение Терминальный зал Рабочий столПроизвольное мобильное Тип пользователя Инженер- программист Программист С общей компьютерной подготовкой Без подготовки Тип диалога Работа за пультом Обмен перфо- носителями Интерактивный (клавиатура, экран) Интерактивный, меню Интерактивный, вопрос-ответ Модели владения, использования Единичные ЭВМ! Продажа машинного времени Вычислитель- ные центры. Продажа машинного времени Лизинг вычислит. мощностей, без инвестиционных затрат Инфраструктура в собственности (инвестиции) 90-е гг – кризис управления ИТ, Н.вр – ITIL/ITSM, ЦОД, аутсорсинг (назад в 50-е!)

48 Поколения корпоративных архитектур (by The Stencil Group) АРХИТЕКТУРАМЭЙНФРЕЙМ КЛИЕНТ- СЕРВЕР ОРИЕНТИРОВАННАЯ НА СЕРВИСЫ, SOA (Service Oriented Architecture) Платформа Монолитная и централизованная Изолированные локальные сети Взаимоувязанная интернет- технологиями Форматы данных Закрытые и недоступные Двоичные и специализированные Семантические и распределённые Ключевая технология Операционная система База данныхИнтерфейс Пользователь Оператор Прикладные специалисты Сотрудники, поставщики и заказчики Значение для бизнеса Оцифровка операций с данными Передача данных в руки менеджеров Обеспечение эффективности и возможности взаимодействия

49 Контрольные вопросы по теме Что такое архитектура системы? Что показывает целевая функция управления? Сколько насчитывается классов ВМ по этапам создания и элементной базе («поколений ЭВМ»)? Чем характеризуется SOA как поколение корпоративных архитектур?

50 Классификация Флинна

51 IBM Roadrunner