 |
Эволюция развития компьютерных средств, методы исследования. Особенности классификации.
|
|
|
|
02. 09. 11
Эволюция развития компьютерных средств, методы исследования. Особенности классификации.
Компьютерные системы считаются основным средством преобразования данных и составляет основной объект компьютерных наук. Основной причиной появления компьютерных систем являеться необходимость постоянного увеличения уровня производительности, надежности и живучести.
Главный принцип увеличения производительности компьютеров был высказан Лебедевым в середине 50х годов, как «Повышение производительности ЭВМ заключается в одновременной работе составных частей» Такой тезис имел уже практическое применение в американских и английских машинах, которые были созданы к тому времени. В этом тезисе указано только временную составляющую. Пространственная реализация не указана, поэтому до сих пор не существует строгой теории одновременной работы компьютерных средств и имеется несколько главных направлений, которые решают только некоторые классы задач.
Общая теория систем определяет систему, как целое объединение части. Относительно технических систем существует следующее определение: Система – это многоэлементная конструкция, элементы которой находятся во взаимодействии.
Определяя систему, как объект исследования, применяют как правило математическое или физическое моделирование.
Модель – это представление в форме, отличной от реальной исследуемых характеристик объекта или процесса. Процесс использования модели составляет моделирование.
Физическое моделирование – определяет использование модели, которое построено с сохранением физической природы исследуемого объекта или процесса.
|
|
|
В математическом моделировании исследуемы характеристики отображаются с помощью формализации теорий, аппарате математики, логики, лингвистики и т. Д. Для математических моделей широко применяется компьютерная техника, в то время, как для физического применяется натуральный эксперимент.
Примеры физического моделирования: Аэродинамические трубы для исследования изделий авиации. Примером математического моделирования служит уравнение.
По общей теории систем в высшем уровне описания является лингвистическо - символический. На таком уровне возможно точное описание предметной области, описание в виде высказываний, возможно в виде применения вербального аппарата, с помощью которого возможно точно представить соотношение целого и части. Такой аппарат высказываний состоит из термов и функторов.
Термы – высказывания об объектах, входящих в систему.
Функторы – отношения между объектами.
По определению Месаровича, система – это множество истинных высказываний.
Опираясь на аппарат термов и функторов, используют другой уровень описания: теоретико-множественный, согласно которому система – это множество объектов, между которыми существуют определенные отношения.
На этом уровне описания систему можно представить в виде набора множеств: C = < x, R>.
Используя теорию множеств, каждое отношение можно представить в виде результата декартового отношения подмножеств объекта x1, входящих в множество X:
r→ (x1, x2)
R^n→ x1*x2*x3…. *xn
Топологический уровень может быть довольно успешно применен, если отношения между объектами являются многозначными функциями и такие отношения можно представить в виде деревьев или ветвей, отражающих все возможные варианты отношений.
Уровень динамики отношений: каждый объект, входящий в систему представим в виде моделей «черного ящика», в котором фиксированные входы и выходы.
|
|
|
На входы можно подать различного вида сигналы: энергетические, информационные и другие.
Фиксируя на выходе измененные или не измененные входные значения, которые появляются с задержкой времени или без, можно составить определенную картину работы всей системы.
Модель системы в виде черного ящика предполагает 2 подхода:
1) Функциональный, который базируется на значениях входа и выхода, по которым предположительно определяется функция системы или отдельно взятого элемента.
2) Структурный: Предполагается частичное воспроизведение внутреннего устройства системы, при этом часть «черного ящика» воспроизводиться в виде моделирования внутреннего механизма.
Существует много методов исследования систем, первым из которых является метод декомпозиции, сущность которого заключается в исследовании системы по методу изучения СИСТЕМА – ПОДСИСТЕМА – ЭЛЕМЕНТ. Подсистемой считается часть системы, объединяющая некоторое количество элементов, работающих под общим управлением системы или автономном режиме.
Элемент – «часть системы», формально не подлежит разделению на составные части. Такой метод исследования направлен прежде всего на уменьшение объема работы, так как позволяет выявить одинаковые части с той или иной степенью гомо- или изо- морфизма, при этом возможен вариант, что для исследования системы достаточно произвести исследование одного элемента или его части.
Определяют открытые системы, как таковые, которые под действием внешней среды могут изменять свое функционирование, структуру или свойства. Если система не изменяет параметры, то она закрытая.
Итак, к общей теории систем, Система - это целое объединяющее составные части, которые работают, реализуя отношения между частями под единым управлением.
Основная задача моделирования состоит в том, чтобы определить какие существенные характеристики можно получить, объединяя объекты в одно целое.
Для компьютерной системы характерна эволюция от единичного объединения ЭВМ-процессоров до объединения в десятки тысяч вычислительных слотов в единую систему.
Каким же образом отличается простое объединение средств от компьютерной системы?
Компьютерная система – это многоэлементная конструкция, элементы которой находятся во взаимодействии, связаны физически и программно и реализуют заданные под единым управлением посредством вычислений.
|
|
|
Даже если система реализует Nпараллельных заданий, не связанных друг с другом, тем не менее распределение ресурсов, контроль надежности, обеспечение живучести, являеться общим системным вопросом и составляет отличительный признак системы от других типов компьютерных средств.
Для изучения и исследования используют прежде всего классификации изучаемых объектов. Для составления классификации компьютерных систем выбирают следующие факторы:
1) Структурные характеристики
2) Тип обработки – преобразование данных
3) Организация вычислительного процесса, включает взаимодействие потоков команд и потоков данных и компьютерной арифметики и алгебры.
4) Целевое назначение компьютерной системы
5) Технологическая реализация
6) Доминанты основного принципа построения (обработка, передача, хранение)
Под архитектурой компьютерной системы понимают совокупность структурно-аппаратной реализации и необходимого программного обеспечения, которое включает математическое, прикладное и программное. В соответствии с этим, компьютерные системы занимают диапазон от полностью структурно-аппаратных до полностью программных систем (виртуальных систем и ЭВМ).
По характеристике универсальности, структурно-аппаратные занимают низший уровень, программные – высший. По уровню производительности – наоборот. Отличие компьютерных средств от уровня системы можно разрешить как добавлением структурно-аппаратных средств, так и добавлением соответствующего программного обеспечения. Вполне корректным явлется то, что на однопроцессорной машине может быть с помощью программного обеспечения организовано программно - ориентированная система. При этом вся совокупность может быть представлена, как компьютерная система.
В настоящее время выделено ряд неотложных задач, решение которых по мнению ЮНЕСКО необходимо решить для прогноза и развития глобального масштаба:
1) Теория и методы прогнозирования
2) Ядерно-магнитный резонанс и атомная энергетика
3) Искусственный интеллект и проблемы человеческого мозга
4) Здоровье населения и медицина
5) Космос
6) Мировой океан
7) Экология
Под все перечисленные проблемы разрабатываются лучшие образцы компьютерных систем и супер ЭВМ. В соответствии с этим, исследования по теории и практике являются актуальными.
Лучшими образцами в Украине являются грид-системы, базовыми элементами которых являются кластерные системы.
|
|
|
