Лекция. Курс лекций Лекция вычислительные машины содержание типы вычислительных устройств 1 1 Счёты
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Рис. 10. Планшетный ноутбук Toshiba. Планшетные компьютеры аналогичны ноутбукам, но содержат чувствительный к нажатию экран не содержат еханической клавиатуры. Ввод текста и управление осуществляются через экранный интерфейс, часто доработанный специально для удобного управления пальцами. Некоторые модели могут распознавать рукописный текст, написанный на экране. Чаще всего корпус не раскрывается, как у ноутбуков, а экран расположен на внешней стороне верхней поверхности. Бывают и комбинированные модели, у которых корпус может поворачиваться н к источника питания приходится использоват 1.5.3 Промышленный компьютер Промышленные ПК предназначены стью к различным внешним воздействиям, увеличенным жизненным циклом изделия, возможностью подключения к промышленным сетям. Для использования в жилых комнатах используются конструкции ПК, производящие минимум шума или работающие совершенно бесшумно. Такие модели можно оставлять включенными постоянно, что даёт ряд преимуществ: отсутствует период загрузки, компьютер всегда готов к работе и может постоянно отслеживать новую почту или мгновенные сообщения для пользователя. В целом, постоянно включенный ПК ожет выполнять ряд особенных задач: быть мультимедийной станцией (воспроизводить видео-, аудиозаписи, интернет-радио); работать как видеомагнитофон: записывать передачи телевидения или радио для пос едующего просмотра или прослушивания в удобное время; обмениваться файл ми в автоматическо следить за температурой или присутствием с помощью соответствующих датчиков или фото-, видеокамеры. Чтобы сделать ПК тихим, используется несколько технологий: жидкостное охлаждение; малошумные вентиляторы с лопастями специальной формы; процессоры, не требующие активного охлаждения; малошумные жёсткие диски, а также установка их на шумопоглощающие крепления; замена жёстких дисков на флеш-память или удалённые дисковые массивы; установка бесшумного блока питания. Большинство современных персональных компьютеров способны снижать потребляемую мощность и уровень шума в моменты низкой нагрузки, но для постоянной тихой работы не обойтись без применения специальных технологий, указанных выше. Некоторые компании предл р легче вписываются в интерьер, зачастую красивее и тиш 1.5.4 Карманный персональный компьютер Карманный персональный компьютер - сверхпортативное устройство, умещающееся в кармане. Управление ими, как правило, происходит с помощью небольшого по размерам и разрешению экрана, чувствительного к нажатию пальца или специального пера (стилуса), а клавиатура и мышь отсутствуют. Некоторые модели, впрочем, содержат миниатюрную фиксированную или выдвигающуюся из корпуса клавиатуру. Разрешение экрана невелико, как правило 320×240. В таких устройствах используются сверхэкономичные процессоры и флэш-накопители небольшого объёма, поэтому их вычислительная мощь несопо процессор, накопитель, оперативную память, монитор, операционную систему, прикладное ПО и даже игры. Все более популярными становятся КПК, содержащие функции мобил нный коммуникационный модуль позволяет не только совершать звонки, но и подключаться к Интернету в любой точке, где есть сотовая связь совместимого формата. http://profbeckman.narod.ru/ Ряд компаний производит компьютеры, обладающие устойчивостью к агрессивным средам: сильной вибрации, ударам, большой запыленности, влажности, вандализму - условиям, в которых обычные ПК секретарь». КПК часто называют . Изначально КПК предназначались для использования в качестве , основной из которых - меньшее время автономной аботы, однако, в 2008 КПК были практически вытеснены смартфонами и уникаторами. е н ьн нным персональным компьютером (КПК). Также для обозначения некоторых устройств, Communicator, PDA Phone) - карманный персональный компьютер дополненный г .12. Nokia N95 - один из самых функциональных и популярных смартф к х я ронних разработчиков). Установка дополнительных прилож ерти 20-го века развитие компьютеров пошло по двум направлениям – портативные компью В этой связи напомни лением ла ы ы, р ь на ), компьютеры пятого поколения должны были достижения сверхпроизводительности интегрировать огромное 0. пьютеры Коротко остановимся на неудачном японском проекте компьютеров пятого поколения. быстро бы вышли из строя. Как правило, устойчивые ПК выпускаются в формате ноутбуков, более тяжёлых и больших по размерам, чем обычные. Их стоимость также значительно выше. Карманный персональный компьютер (КПК) - портативное вычислительное устройство, которое обладает широкими функциональными возможностями. Английское название Personal Digital Assistant перевести как «личный цифровой (PDA) на русский язык можно наладонником из-за небольших размеров электронных органайзеров. Рис. 11. Карманный персональный компьютер (КПК) Acer N10 В настоящее время получили большое распространение коммуникаторы и смартфоны, которые совмещают в себе функции КПК с функциями мобильного телефона. Коммуникаторы обладают рядом недостатков по сравнению с КПК р комм 1.5.5 Смартфоны и коммуникаторы Смартфо́н (smartphone - умный телефон) - мобильный тел фо c расширенной функционал остью, сравнимой с карма совмещающих функциональность мобильного телефона и КПК часто используется термин «коммуникатор». Коммуникатор ( функциональностью мобильно о телефона. Рис онов (Symbian OS). Смартфоны и коммуни аторы отличаются от обычны мобильных телефонов наличием достаточно развитой операционной системы, открытой дл разработки программного обеспечения сторонними разработчиками (операционная система обычных мобильных телефонов закрыта для сто ений позволяет значительно улучшить функциональность смартфонов и коммуникаторов по сравнению с обычными мобильными телефонами. В последней четв теры (рассмотрены выше) и сверхмощные компьютеры с максимально возможной скоростью счёта и предельной памятью. м, что первым поко считались мпов е компьютер вторым - компьютеры на интегральных схемах, а четвёртым - с использованием микропроцессоров. В то время как предыдущие поколения сове шенствовалис за счёт увеличения количества элементов единицу площади (миниатюризации транзисторные, третьим - для количество процессоров. Рис.13. Коммуникатор Qtek S10 1.5.5 Суперком http://profbeckman.narod.ru/ Компьютеры пятого поколения - широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта, предпринятая в 1980-е. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Начало разработок - 1982, конец разработок - 1992, стоимость разработок 500 млн $. Термин компьютер пятого поколения подчёркивал, что Япония планирует совершить новый качественный скачок в развитии вычислительной PIM/m-1, один из , увидевших свет. хб базами ии ось резкого раздел ктивное решение задач массивного моделирования, в первую очередь в аэро- и гидрод п о все идеи проекта безнадёжно устаревшими. Ничего не вышло и с о превосходящая по своим техническим параме параллельно в техники Рис.14. Компьютер пятого поколения немногих Главные направления исследований были следующими: технологии логических заключений для обработки знаний; технологии для работы со свер ольшими данных и базами знаний; рабочие станц с высокой производительностью; компьютерные технологии с распределёнными функциями; суперкомпьютеры для научных вычислений. Речь шла о компьютере с параллельными процессорами, работающим с данными, хранящимися в обширной базе данных, а не в файловой системе. При этом, доступ к данным должен был осуществляться с помощью языка логического программирования. Предполагалось, что прототип машины будет обладать производительностью между 100 млн и 1 млрд LIPS, где LIPS - логическое заключение в секунду. К тому времени типовые рабочие станции были способны на производительность 100 тысяч LIPS. Ход разработок представлялся так, что компьютерный интеллект, набирая мощность, начинает изменять сам себя, и целью было создать такую компьютерную среду, которая сама начнёт производить следующую, причём принципы, на которых будет построен окончательный компьютер, были заранее неизвестны, эти принципы предстояло выработать в процессе эксплуатации начальных компьютеров. Далее, для резкого увеличения производительности, предлагалось постепенно заменять программные решения аппаратными, поэтому не делал ения между задачами для программной и аппаратной базы. Ожидался существенный прорыв в области решения прикладных задач искусственного интеллекта. В частности, должны были быть решены следующие задачи: печатная машинка, работающая под диктовку, которая сразу устранила бы проблему ввода иероглифического текста, которая в то время стояла в Японии очень остро; автоматический портативный переводчик с языка на язык (разумеется, непосредственно с голоса), который сразу бы устранил языковый барьер японских предпринимателей на международной арене; автоматическое реферирование статей, поиск смысла и категоризация; другие задачи распознавания образов — поиск характерных признаков, дешифровка, анализ дефектов и т. п. От суперкомпьютеров ожидалось эффе инамике. Проект активно развивался первые десять лет, затем проект «компьютеров пятого поколения» стал испытывать ряд трудностей разного типа. В конце концов, проект был признан абсолютным провалом – цели достигнуты не были. Рабочие станции так и не вышли на рынок, потому что однопроцессорные системы других фирм превосходили их о параметрам, программные системы так и не заработали, появление Интернета сделал искусственным интеллектом. Суперкомпьютер - вычислительная машина, значительн трам большинство существующих компьютеров. Чаще всего авторство термина приписывается Д.Мишелю и С. Фербачу, в 60-х годах ХХ века работавшем в Ливерморской национальной лаборатории. В лексикон термин «суперкомпьютер» вошёл благодаря распространённости компьютерных систем Сеймура Крея, таких как, CDC 6600, CDC 7600, Cray- 1, -2, -3 и -4. Крей разрабатывал вычислительные машины, которые стали основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60-х годов до 1996. Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) работающих екторных процессоров практически стало стандартным суперкомпьютерным решением. Конец 80-х и начало 90-х годов http://profbeckman.narod.ru/ охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно- конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров. Массивно-параллельные системы стали объединять в себе сотни и даже тысячи отдельных процессорных элементов, причём ими могли служить не только специально разработанные, но и общеизвестные и доступные в свободной продаже процессоры. Большинство массивно-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC, наподобие PowerPC или е ользуемых в других цифров п у н с ьютерного рынка, обеспечивая высоча стемы; в других случаях они обеспечивают выполнение большого числа разноо ешать ресурс ие вспомним об организации в которой читается этот курс лекций. У нас есть свой их объёмов сделок на биржах), климатологии, криптографии, компью PA-RISC. Некоторые суперкомпьютеры, такие, как многопроцессорная машина, используют параллельные матрицы неймановских процессоров. Многопроцессорные машины используются там, где должны обрабатываться большие массивы сходных данных, например, при прогнозировании погоды и в графике высокого разрешения. Параллельная машина распределяет данные между процессорами и выполняет расчёты одновременно. Еще один вид машины с параллельными процессорами - кластерный, или нейрокомпьют р, - использует очень простые микропроцессоры. Каждый из них действует подобно нейрону, отвечая на сигналы от нескольких различных входов. В нейрокомпьютере имеется сильно взаимосвязанная сеть таких микропроцессоров. Нейрокомпьютеры могут обучаться: при поступлении новых данных они настраивают реакции индивидуальных микропроцессоров и/или изменяют пути взаимосвязей. Эти компьютеры не программируются с помощью алгоритмов, исп ых компьютерах; связи, алгоритмы отклика и законы обучения задаются рограммистом. В конце 90-х годов высокая стоимость специализированных суперкомпьютерных решений и нарастающая потребность разных слоёв общества в дост пных вычислительных ресурсах привели к широкому распространению компьютерных кластеров. Эти системы характеризует использование отдельных узлов на основе дешёвых и широко доступ ых компьютерных комплектующих для ерверов и персональных компьютеров и объединённых при помощи мощных коммуникационных систем и специализированных программно-аппаратных решений. Несмотря на кажущуюся простоту, кластеры довольно быстро заняли достаточно большой сегмент суперкомп йшую производительность при минимальной стоимости решений. В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью. Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т. п.), что в том числе отличает их от серверов и мейнфреймов (mainframe) - компьютеров с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи (например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей). Иногда суперкомпьютеры используются для работы с одним-единственным приложением, использующим всю память и все процессоры си бразных приложений. Наиболее экономичным видом современных суперкомпьютеров является персональный суперкомпьютер на основе графических процессоров GPU. За счёт применения возможностей архитектуры CUDA графические процессоры используются в качестве вычислителей. Установленные в десктопный ПК графические вычислители могут предоставлять мощности до 4 терафлоп на каждом индивидуальном рабочем месте. Примером графических адаптеров для построения персональных суперкомпьютеров являются вычислители NVIDIA Tesla. Персональный суперкомпьютер позволяет исследователям р оёмкие задачи, не обращаясь к массивным кластерным системам, значительно ускоряя работу. В заключен суперкомпьютер. СКИФ МГУ - суперкомпьютер, разработанный на основе суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» и запущенный в работу в МГУ 19.03.2008; способен производить десятки триллионов операций с плавающей точкой в секунду. По состоянию на июнь 2009 СКИФ МГУ занимал 82-е место в рейтинге Топ- 500 для самых мощных компьютеров мира. Компьютер разработан российскими и белорусскими специалистами и предназначен для быстрого решения большого числа задач в разных областях науки: аэро- и гидродинамике, метеорологии, магнитной гидродинамики, физике высоких энергий, геофизике, в финансовой сфере (при обработке больш терного моделирования лекарств. Суперкомпьютерыиспользуются для решения интенсивных вычислением задач, таких как проблемы в области квантовой физике или механической физике, прогноз погоды, исследование климата (включая исследование относительно глобального потепления), молекулярное моделирование (вычисляющий структуры и свойства химических составов, биологических макромолекул, полимеров, и кристаллов), http://profbeckman.narod.ru/ физические моделирования (такие как моделирование самолетов, моделирование взрыва ядерного оружия, ел овый компьютер «AKAT-1». помощи аналоговых физических переменных коро и е оты, например, автомобильной трансм е м работы аналогового компьютера являются либо графики, изобра с т м наблюдается тенденция поручать аналоговым компьютерам выполнение специфических вычисл р у их операций применяются специа основываются еского характера. Например, кулачковый механический аналоговый компьютер, изображённый на фото, в к ти функции от нескольких переменных; логические - устройства непрерывной, дискретной логики, релейные переключающие схемы. Вместе эти устройства образуют устройство параллельной логики. ьно ядерного сплава), криптоанализ, и т.п.. и исследование относит Рис.15. Польский электронный аналог 1.5.6 Аналоговый компьютер До сих пор мы рассматривали цифровые компьютеры, но существуют ещё и аналоговые, сейчас несправедливо оттеснённые цифровыми на второй план. Ана́логовый компьютер – аналоговая вычислительная машина (АВМ), которая представляет числовые данные при (с сть, длина, напряжение, ток, давление), в чём состоит его главное отличие от цифрового компьютера. Аналоговые компьютеры «программируются» заданием физических характеристик их компонентов. В некоторых компьютерах это делается обычно путем включения или исключения тех или иных компонентов из цепей, соединяющих эти компоненты проводами, и измен нием параметров переменных сопротивлений, емкостей и индуктивностей в цепях. Программа раб иссии изменяется перем щением ручки переключения передач, что заставляет жидкость в гидроприводе менять направление течения, производя нужный результат. Существует несколько видов аналоговых компьютеров: механические, пневматические, гидравлические, электромеханические, электронные. Представлением числа в механических аналоговых компьютерах служит, например, количество поворотов шестерёнок механизма. В электрических - используются различия в напряжении. Они могут выполнять такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование и инвертирование. При работе аналоговый компьютер имитирует процесс вычисления, при этом характеристики, представляющие цифровые данные, в ходе времени постоянно меняются. Результато жённые на бумаге или на экране осциллографа, либо электрический сигнал, который используется для контроля процесса или работы механизма. Эти компьютеры идеально приспособлены для осуществления автоматического контроля над производственными процессами, потому что они моментально реагируют на различные изменения во входных данных. Такого рода компьютеры широко используются в научных исследованиях. Например, в таких науках, в которых недорогие электрические или механические устройства способны имитировать изучаемые ситуации. Кроме технических редств, аких, как авто атические трансмиссии и музыкальные синтезаторы, ительных задач практического плана. Существуют большие универсальные аналоговые компьютеры. В ряде случаев с помощью аналоговых компьютеров возможно решать задачи, меньше заботясь о точности вычислений, чем при написании программы для цифровой ЭВМ. Например, для электронных аналоговых компьютеров без п облем реализуются задачи, треб ющие решения дифференциальных уравнений, интегрирования или дифференцирования. Для каждой из эт лизированные схемы и узлы, обычно с применением операционных усилителей. Также интегрирование легко реализуется и на гидравлических аналоговых машинах. Аналоговые компьютеры на задании физических характеристик их составляющих. Обычно это делается методом включения-исключения некоторых элементов из цепей, которые соединяют эти элементы проводами, и изменением параметров переменных сопротивлений, емкостей и индуктивностей в цепях. Помимо технических применений (автоматические трансмиссии, музыкальные синтезаторы), аналоговые компьютеры используются для решения специфических вычислительных задач практич применялся паровозостроении для аппроксимации кривых 4 порядка с помощью преобразований Фурье. Решающие элементы аналоговой вычислительной машины: линейные - выполняют такие математические операции как интегрирование, суммирование, перемена знака, умножение на онстанту; нелинейные (функциональные преобразователи) - соответствуют нелинейной зависимос http://profbeckman.narod.ru/ |