Podział komputerów

1. Komputery produkowane w Polsce

2. Moc obliczeniowa, prawo Moorey’a

3. Podział komputerów

4. Superkomputery i Top500

5. Architektury komputerów

Plan Prezentacji

Komputery w Polsce• EMAL (Elektroniczna Maszyna Automatycznie Licząca) 1953-1955. Była to maszyna szeregowa, dwójkowa, jednoadresowa, zbudowana z

1000 lamp, z rtęciowych pamięcią ultradźwiękową o pojemności 512 słów 40-bitowych (32rury z rtęcią) pracujące na częstotliwości 750 kHz.

- Wpływ temperatury był kompensowany przez automatyczną zmianę częstotliwości.

- EMAL miał arytmetykę stałoprzecinkową i wykonywał 1500 operacji na sekundę.

- W EMALu po raz pierwszy na świecie zastosowano specjalne mechanizmy przyspieszania pobierania i wykonywania rozkazów.

- EMAL miał dodatkową pamięć rozkazów w układzie sterującym, w postaci dwóch rejestrów do przechowywania dwóch rozkazów. Ta dodatkowa pamięć i mechanizm podwójnego dostępu do pamięci powodował, że szybkość pracy maszyny była większa o ok. 60% dla rozkazów ze skokami i o 100% — dla rozkazów bez skoków, w porównaniu z szybkością maszyny bez tych mechanizmów.

Komputery w Polsce

• EMAL-2 1957-1958.• binarna maszyna szeregowa,

bezlampowa, oparta na diodowo-ferrytowych układach przełączających

• przeznaczenie: obliczenia naukowotechniczne

• arytmetyka uzupełnień do 2 • słowo: 34 bity • szybkość: 150 operacji na sekundę • bębnowa pamięć operacyjna: 1024

słów na 32 ścieżkach • urządzenie we/wy: dalekopis.

ROMUALD W. MARCZYŃSKI (1921 — 1995)

Komputery w Polsce

XYZ (1958) to pierwszy elektroniczny komputer cyfrowy zbudowany i uruchomiony w Polsce. Wyprzedził o kilka miesięcy EMAL-2

Komputery w Polsce

Budowa i dane techniczne XYZ

• Był dynamiczną maszyną szeregową, liczącą w arytmetyce binarnej.

• szybkość: 650-4500 dodawań na sekundę 350-500 mnożeń na sekundę

• zegar: ok 680 kHz • pamięć: operacyjna pamięć rtęciowa: 1024 słowa długości 18 bitów (32 rury po 576 bitów) średni czas dostępu: 0,4 ms bębnowa: dodana w 1960 r. pojemność ok. 300 tys. bitów

(64 ścieżki po 128 słów 36bitowych) średni czas dostępu: 20 ms

urządzenia zewnętrzne: czytnik i perforator kart technologia: 400 lamp elektronowych i 2000 diod

Komputery serii ZAMZAM to komputery projektowane w

Instytucie Maszyn Matematycznych w Warszawie, a produkowane przez Zakład Doświadczalny Instytutu.

Produkowane typy - ZAM-2 12 szt. -ZAM-21 prototyp wykonany w

Warszawie i 2 szt. wyprodukowane w 1966 r. przez Wrocławskie Zakłady Elektroniczne Mera-Elwro

- ZAM-41 16 szt. Doświadczalne -ZAM-3 -ZAM-3M Planowane -ZAM-11 - minikomputer do sterowania

procesami technologicznymi -Maszyny z rozkazami

zmiennoprzecinkowymi: ZAM-31 ,ZAM-51

Komputery serii UMCUMC-1 (Uniwersalna Maszyna Cyfrowa) to pierwszy

komputer produkowany seryjnie przez Elwro od 1962 r. Elwro wyprodukowało i uruchomiło 25 szt. maszyn seryjnych w tym jedną na eksport na Węgry.

• Był to lampowy komputer pierwszej generacji opracowany w Zakładzie Konstrukcji Telekomunikacyjnych i Radiofonii Politechniki Warszawskiej (prototyp z 1960 r.).

Dane techniczne - szybkość: 100 dodawań na sekundę - bębnowa pamięć operacyjna: - pojemność: 4096 słów długości 36 bitów - średni czas dostępu: 10 ms - urządzenia zewnętrzne: dalekopis z czytnikiem i

perforatorem taśmy papierowej - czytnik taśmy papierowej o szybkości 50

znaków na sekundę • W 1965 roku uruchomiono jej wersję

tranzystorową, maszynę UMC-10.

Komputery ODRA• Odra to nazwa serii komputerów

produkowanych w Zakładach Elektronicznych Elwro we Wrocławiu (zlikwidowanych po 1989).

• Typy polskiej konstrukcji: Odra 1001, Odra 1002, Odra 1003, Odra 1305

• Odrę wyróżniała możliwość pracy z oprogramowaniem stworzonym przez firmy trzecie oraz możliwość podłączenia urządzeń peryferyjnych.

• Jeden z ostatnich egzemplarzy Odry wyszedł z użycia 18 lipca 2003 po 29 latach bezawaryjnej pracy jako główna sterownia dystrybucji wrocławskiego przedsiębiorstwa Hutmen.

• Do lata 2006 roku PKP w Ostródzie używała maszyny cyfrowej Odra 1305, ostatnia Odra działa jeszcze na stacji Wrocław Brochów

Komputery Mazovia

Mazovia – komputer osobisty produkowany w Polsce przez spółkę "Mikrokomputery" od roku 1986. Jest to klon komputera typu IBM PC.

Typy:• Mazovia 1016 – 16-bitowy -

procesor Intel 8086 albo jego rosyjska kopia K 1810 WM86

• Mazovia 2016AT – 16-bitowy - zgodny ze standardem IBM PC/AT (model pokazowy)

• Mazovia 1032 – 32-bitowy (model pokazowy)

Miara szybkości Komputerów

Prawo Moore'a

empiryczne polegające na obserwacji, że ekonomicznie optymalna liczba tranzystorów w układzie scalonym w kolejnych latach posiada trend wykładniczy (podwaja się w niemal równych odcinkach czasu). Autorstwo tego prawa przypisuje się Gordonowi Moore'owi, jednemu z założycieli firmy Intel, który w 1965 r. zaobserwował podwajanie się liczby tranzystorów co ok. 12 miesięcy. Liczba ta była następnie korygowana i obecnie przyjmuje się, że liczba tranzystorów w mikroprocesorach od wielu lat podwaja się co ok 24 miesiące.

Moc obliczeniowa komputerów na świecie

Czołowe firmy a moc obliczeniowa

Udział poszczególnych procesorów

Wzrost mocy obliczeniowejPrawo Amdahla

Prawo Amdahla to sformułowana przez Gene Amdahla zależność mówiąca, że jeśli część procesu zajmująca aktualnie t x 100%    czasu zostanie przyspieszona n-krotnie, to cały proces zostanie przyspieszony jedynie                         razy.

Oznacza to, że nawet jeśli uda się bardzo mocno przyspieszyć jakąś część procesu, to ta część, której przyspieszyć się nie uda, stanie się dominującym składnikiem całkowitego czasu Na przykład jeśli 10% czasu procesora zajmuje dostęp do pamięci, a 90% zajmują operacje arytmetyczne i operacje te przyspieszone zostaną 10-krotnie (przy niezmienionym czasie dostępu do pamięci), to po tej zmianie procesor będzie operował tylko                                                      razy szybciej.

Jeśli przyspieszy się je nawet 100-krotnie, wzrost wydajności będzie wynosił tylko                                                         razy

Podział komputerów

SuperkomputeryKomputer ,który ma jedną z największych mocy obliczeniowych naświecie w danym momencie. Jest to pojęcie względne

Za pierwszy superkomputer uznaje się CDC 6600 z 1963 roku(Control Data Corporation), według projektu i pod ścisłym nadzorem Seymoura Craya.

maszyna wykonywała 3 miliony operacji na sekundę; - pierwszy komputer gdzie zastosowano tranzystory krzemowe; - technikę chłodzenia podzespołów freonem. - W latach 70-tych Cray założył własną firmę produkującą superkomputery, Cray Research, słowo Cray stało się prawie synonimem superkomputera.

Superkomputer Cray-1

zegar 80 MHz, 8 rejestrów wektorowych po 64 słowa, 1 milion 64-bitowych słów szybkiej pamięci (8 MB RAM). 80 MFLOPS(rekord szybkości na poziomie 133 MFLOPS)przestrzenna struktura, sekcje połączone w kształtSuperkomputer– Cray-1A podkowy, najdłuższy przewód w systemie miał 122 cm waga z freonowym systemem chłodzenia 5,5 tony procesor wektorowy + 200 000 układów ECL systemy zasilające pobierały około 115 kW mocy systemy chłodzące oraz pamięć dyskowa podwajały tą liczbę

Superkomputery Cray-2,Cray-3

Superkomputer Cray-XT4

Cray-XT4

Blue Gene

Blue Gene architekrura superkpomputerów IBM Watson Research Center

Budowany na rocesorach PowerPC450, 850 MHz, cztery rdzenie tworzą jeden procesor.

Procesory montowane są na płytach,każda płyta zawiera 32 układy.32 płyty w szafach typu rack.

Superkomputer możne zawierać do 216 szaf, czyli 884 736 rdzeni i wówczas osiąga wydajność 3 petaflopsów.

Blue Gene

BSC

Superkomputery – lista TOP500

• Strona internetowa założona w 1993 r., przedstawiająca• systematycznie kompilowaną listę 500 najwydajniejszych

systemów• komputerowych na świecie:• moc mierzona jest za pomocą benchmarka LINPACK• lista jest aktualizowana dwa razy w ciągu roku.

http://www.top500.org/

Wielkie komputery- MainframeKomputer (ew. kilka) o dużej wydajności przetwarzania danych i

większych możliwościach niż komputer domowy, którego celem jest świadczenie usług dużej liczbie użytkowników. W odróżnieniu od superkomputera Mainframe nie posiada dużej mocy obliczeniowej, specjalizuje się w wydajnych operacjach I/O i bardzo wysokimi współczynnikami wielozadaniowości.

może z powodzeniem obsługiwać dziesiątki tysięcy równolegle pracujących użytkowników zachowując równocześnie cały czas rozsądne czasy reakcji (poniżej 1 sekundy).

Komputery klasy mainframe są ważnym elementem rynku biznesowego (ocenia się że są odpowiedzialne za przetwarzanie

prawie 90% krytycznych danych na tym rynku) ze względu na nieporównywalną z domowymi komputerami wydajność, łatwość zarządzania, możliwości rozbudowy i bezpieczeństwo…

Wielkie komputery - serwer Serwer komputer który udostępnia funkcje serwerowe,

różne usługi dla oprogramowania klienckiego w schemacie klient-serwer.

Stacje robocze / Komputery osobiste

IBM – PC APPLE MAC

Komputery osobiste

- Laptop

- Notebook

- Netbook

- TabletPC

- Palmtop

- PDA (Personal Digital Assistan)

Architektury komputerówZe względu na rodzaj połączeń procesor-pamięć i sposób ich wykorzystania dzielimy

architektury zgodnie z taksonomią Flynna:

• SISD (Single Instruction Single Data) – skalarne architektura klasycznego komputera sekwencyjnego, zawierającego jeden

procesor i jeden blok pamięci operacyjnej. Ciąg instrukcji wykonywany jest sekwencyjnie.

• SIMD (Single Instruction Multiple Data) – wektorowe (macierzowe) dotycząca systemów, w których przetwarzanych jest wiele strumieni danych w

oparciu o pojedynczy strumień rozkazów

• MISD (Multiple Instruction Single Data) – strumieniowe wiele równolegle wykonywanych programów przetwarza jednocześnie jeden

wspólny strumień danych

• MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) – równoległe przetwarzanie równoległe zachodzi zarówno na poziomie danych jak i instrukcji.

Komputery zbudowane w architekturze MIMD posiadają wiele procesorów

Architektury komputerówZe względu na sposób podziału pracy i dostęp procesora do pamięci możemy

podzielić architektury na:

• SMP (Symmetric Multiprocessing) – symetryczne W architekturze SMP każdy procesor może zostać przypisany do wykonywania

każdego zadania, tak aby wyrównać obciążenie ("obowiązki" są dzielone "po równo"). W architekturze SMP procesory te współdzielą zasoby pamięci oraz wejścia/wyjścia przy pomocy magistrali

• ASMP (Asymmetric Multiprocessing) – asymetryczne W architekturze asymetrycznej poszczególne procesory nie są traktowane

jednakowo, jak w architekturze symetrycznej, lecz niektórym z nich przydzielane są zadania specjalne. Jeden z procesorów może np. obsługiwać wyłącznie operacje wejścia/wyjścia, podczas gdy pozostałe zajmują się obsługą normalnych aplikacji.

• AMP (Asynchronous Multiprocessing) – asynchroniczne W architekturze asynchronicznej, która jest odmianą wieloprocesorowości

asymetrycznej, poszczególne procesory nie są traktowane jednakowo. W szczególności poszczególne procesory mogą być taktowane innymi zegarami lub mogą być na nich uruchomione różne systemy operacyjne i pracują niezależnie od siebie.

MPP (Massively Parallel Processors) - równoległe

Architektury komputerów

Ze względu na sposób organizacji pamięci i wykonywania programu:

• architektura von Neumanna

• architektura harwardzka

W odróżnieniu od architektury von Neumanna, pamięć danych programu jest oddzielona od pamięci rozkazów. Podstawowa architektura komputerów zerowej generacji i początkowa komputerów pierwszej generacji.

• architektura mieszana

Oddzielone zostały pamięci danych i rozkazów, lecz wykorzystują one wspólne magistrale danych i adresową. Architektura niniejsza umożliwia łatwe przesyłanie danych pomiędzy rozdzielonymi pamięciami.

Architektura Von Neumanna

Architektura von Neumanna - przedstawiona po raz pierwszy w 1945 roku przez Johna von Neumanna stworzonej wspólnie z Johnem W. Mauchly'ym i Johnem Presper Eckertem.

Polega na ścisłym podziale komputera na trzy podstawowe części:

1. procesor (w ramach którego wydzielona bywa część sterująca oraz część arytmetyczno-logiczna)

2. pamięć komputera (zawierająca

dane i sam program) 3. urządzenia wejścia/wyjścia

Architektura Von Neumanna

System komputerowy zbudowany w oparciu o architekturę von Neumanna powinien:

• mieć skończoną i funkcjonalnie pełną listę rozkazów

• mieć możliwość wprowadzenia programu do systemu komputerowego poprzez urządzenia zewnętrzne i jego przechowywanie w pamięci w sposób identyczny jak danych

• dane i instrukcje w takim systemie powinny być jednakowo dostępne dla procesora

• informacja jest tam przetwarzana dzięki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z pamięci komputera i wykonywaniu tych instrukcji w procesorze.