Суперкомпьютеры и их применение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………3

1. Что такое суперкомпьютеры?………………………..….………………...4

1.1 Первые суперкомпьютеры………………………………………………..5

2. Применение суперкомпьютеров…………………………………………..6

2.1 Суперкомпьютеры в России……………………………………………...7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………...10

Список используемой литературы………………………………………….11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

С момента появления  первых компьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной системы. За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появление все более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требования к мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Что такое суперкомпьютеры?

Cуперкомпьютер - это обычная вычислительная система, позволяющая производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. О чем собственно и говорит приставка «Супер» (Super в переводе с английского означает: сверх, над). Любая компьютерная система состоит из трех основных компонентов - центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент). Ключевое значение имеют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей. Одна из заповедей «Крей рисерч» гласит: «Быстродействие всей системы не превышает скорости самой медленнодействующей ее части». Важным показателем производительности компьютера является степень его быстродействия. Она измеряется так называемыми флопсами - от английского сокращения, обозначающего количество операций с числами, представленными в форме с плавающей запятой, в секунду. То есть за основу берется подсчет - сколько наиболее сложных расчетов машина может выполнить за один миг.

А зачем вообще нужны  суперкомпьютеры? Раздвижение границ человеческого знания всегда опиралось на два краеугольных камня, которые не могут, существовать друг без друга, - теорию и опыт. Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали практически невозможными - в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других - дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Тут-то и приходят на помощь мощные компьютеры. Позволяя экспериментировать с электронными моделями реальной действительности, они становятся «третьей опорой» современной науки и производства.

Прошло время, когда  создатели суперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность любой ценой. Специальные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, нестандартное периферийное оборудование - все это обходилось заказчикам в круглую сумму. Приобретали суперкомпьютеры либо предприятия ВПК, либо крупные университеты. И те, и другие делали это, как правило, за государственный счет. Окончание "холодной войны" и последовавшее за ним сокращение ассигнований на военные и околовоенные нужды нанесли серьезный удар по производителям суперкомпьютеров. Большинство из них были поглощены изготовителями менее производительной, но более доступной и ходовой вычислительной техники. Впрочем, у этих слияний были и технологические предпосылки - быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло, и производители суперкомпьютеров быстро переориентировались на них, что позволило существенно сократить общую стоимость разработки. Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение степени параллелизма программ.

1.1 Первые суперкомпьютеры

Началом эры суперкомпьютеров можно, пожалуй, назвать 1976 год, когда  появилась первая векторная система Cray 1. Работая с ограниченным в  то время набором приложений, Cray 1 показала настолько впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, что заслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всей индустрии высокопроизводительных вычислений еще долгие годы. Но более чем за два десятилетия совместной эволюции архитектур и программного обеспечения на рынке появлялись системы с кардинально различающимися характеристиками, поэтому само понятие “суперкомпьютер” стало многозначным и пересматривать его пришлось неоднократно.

Попытки дать определение суперкомпьютеру опираясь только на производительность привели к необходимости постоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколько раз. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.

2. Применение суперкомпьютеров

Может показаться, что  с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также  серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так. С  одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии - различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры традиционно  применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и  конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример - это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

Федеральными органами исполнительной власти, уполномоченными  в области обеспечения безопасности информации в информационных системах, созданных с использованием суперкомпьютерных и грид-технологий, являются Федеральная служба безопасности Российской Федерации и Федеральная служба по техническому и экспортному контролю¹.

2.1 Суперкомпьютеры в России

Идеи построения собственных  суперкомпьютерных систем существовали в России всегда. Еще в 1966 году М.А.Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса М-9 производительностью около миллиарда операций в секунду. В то время ни одна из машин мира не работала с такой скоростью. Однако, несмотря на положительную оценку министерства, комплекс М-9 промышленного освоения не получил.

В мировой рейтинг (так называемый топ-500) суперкомпьютеров сегодня входят уже 11 российских систем. В следующем году производительность отечественного суперкомпьютера "Ломоносов" возрастет более чем в 2,5 раза, и он станет одной из самых мощных вычислительных машин мира. До конца года будет полностью сформирована спутниковая группировка ГЛОНАСС, а в ближайшие два года завершится создание основных цифровых навигационных карт и начнется применение спутниковых навигаторов системы. Возможности ГЛОНАСС теперь будут служить массовому пользователю².

Наиболее известна линия  отечественных суперкомпьютеров М8С-1000, создаваемая в кооперации научно-исследовательских  институтов Российской академии наук и промышленности. Супер-ЭВМ линии МВС- 1000 - это мультипроцессорный массив, объединенный с внешней дисковой памятью, устройствами ввода/вывода информации и управляющим компьютером. Компьютеры МВС-КЮ0 используют микропроцессоры Alpha 21I64 (разработка фирмы DEC-Compaq) с производительностью до 1-2 миллиардов операций в секунду и оперативной памятью объемом 0,1-2 Кбайт.

Спектр научных и практических задач, решаемых на таком компьютере, может быть очень велик: насчет трехмерных нестационарных течение вязкосжимаемого газа, расчеты течений с жальными тепловыми неоднородностями в потоке, моделирование структурообразования и динамики молекулярных и биомолекулярных систем, решение задач линейных дифференциальных игр, расчет деформаций твердых тел с учетом процессов разрушения и многие другие. Одна из самых мощных систем линии КIBC-1000, установленная в Межведомственно и суперкомпьютерном центре, содержит 96 процессоров.

В России должен быть в полном объеме задействован потенциал суперкомпьютеров, суперкомпьютерных систем, которые объединены высокоскоростными каналами передачи данных. С их помощью уже в пятилетней перспективе станет возможным проектирование новейших самолетов и космических аппаратов, автомобилей и ядерных реакторов. Ведь сложная техника, не прошедшая суперкомпьютерного моделирования, что называется, не положенная в цифру, через несколько лет просто не будет востребована рынком. И для завоевания здесь конкурентных позиций мы обязаны настойчиво работать³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Еще 10-15 лет назад суперкомпьютеры  были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных  центров и криптоаналитикам спецслужб. Однако развитие аппаратных и программных  средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч. Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Вл. В. Воеводин “Суперкомпьютерная  грань компьютерного мира”.

2. М. Кузминьский, Д. Волков “Современные суперкомпьютеры: состояние и перспективы”.

3. Левин В. К. “Отечественные суперкомпьютеры”.

4. Б. В. Пальцев “PC против суперкомпьютеров”.

5. Материал с сайта http://www.supercomputers.ru/

6. Материал с сайта http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=8504

7. Материал с сайта http://www.kodeks.ru/

8. «Консультант плюс»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПРОС

 

1. Комплекс программ, необходимых для управления работой ПК и его взаимодействия с пользователем  -  это…

Операционная  система.

2. Где хранится информация, если компьютер выключен?

Жесткий диск (винчестер) – накопитель, отвечающий за долгосрочное хранение информации, даже если компьютер отключен от сети, информация никуда не исчезает.

3. Для чего используется оперативная память в компьютере?

Оперативная память - это рабочая область для  процессора компьютера. В ней во время работы хранятся программы  и данные. Оперативная память часто  рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включенном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset). Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск). При новом включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в память.

4. Для чего предназначены антивирусные средства?

Антивирусные средства - предназначены для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами.

5. Файлы, удаленные с флешки попадают в Корзину?

Зависит от операционной системы и ее настроек, например в  windows  файлы с флешки удаляются безвозвратно, а в debian помещаются в корзину. Если же рассматривать удаление в файловой системе (пример ntfs, fat и другие), то файл не удаляется, а место занимаемое файлом помечается как свободное и при последующей записи на это место может быть записан другой файл.