10.1.3 Перспективы развития эвм, основанных на принципах фон Немана
Главной перспективой развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.
При разработке и создании ЭВМ приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры – суперЭВМ и сверхминиатюрные ПК.
К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Типовая модель суперЭВМ будет иметь следующие характеристики:
- высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием 100 000 MFLOPS;
- емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1 – 10 Тбайт (1Тбайт=1000 Гбайт);
- разрядность 64; 128 бит.
Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), т.к. время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны микропроцессора) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).
Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:
- магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD);
- векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными – однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD);
- матричные МПВС, в которых микропроцессоры одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных – многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD).
В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры МПВС:
- структура MIMD в классическом ее варианте;
- параллельно-конвейерная модификация, иначе многопроцессорная MISD-архитектура;
- параллельно-векторная модификация, иначе многопроцессорная SIMD-архитектура.
Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях, - серверы. Серверы обычно относят к микроЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.
Сервер – выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный сервер часто называют сервером-приложений.
Серверы в сети часто специализируются. Специализированные серверы используются для устранения наиболее «узких» мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры и др.).
Файл-сервер используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые запоминающие устройства до 1 Тбайта.
Архивационный сервер служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами емкостью до 5 Гбайт; обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации от серверов и рабочих станций по сценарию, заданному администратором сети.
Факс-сервер – выделенная рабочая станция для организации эффективной многоадресной факсимильной связи с несколькими факсмодемными платами, со специальной защитой информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электронных факсов.
Почтовый сервер то же, что и факс-сервер, но для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками и др.
В настоящее время перспективы развития компьютерной техники сводятся к насыщению рынка сверхминиатюрными персональными компьютерами. Снижение веса и уменьшение габаритов привело к выпуску компьютеров, называемых LAPTOP («наколенные» компьютеры), NOTEBOOK (компьютеры-блокноты) и HANDHELD (ручной компьютер).
В LAPTOP-компьютере клавиатура и системный блок выполнены в одном корпусе, который сверху, как крышкой, закрывается жидкокристаллическим дисплеем, неразъемно соединенным со своим электронным основанием. Соединительные провода между дисплеем и ЭВМ скрыты в корпусе. Компьютер можно легко переносить и держать на коленях пользователя. Эти модели немного уступают по своим техническим параметрам настольным ПЭВМ. В большинстве моделей LAPTOP используются монохромные дисплеи, так как применение цветных дисплеев приводит к резкому удорожанию компьютера. Компьютеры класса LAPTOP не должны весить более 3,5 кг.
NOTEBOOK (компьютеры-блокноты) имеют размеры одного листа бумаги стандарта А4 (297*210), обладают неполной клавиатурой (около 80 клавиш). В них используется НЖМД и НГМД. В комплекте с NOTEBOOK можно применять модем или факс-модем, выполненные в виде отдельного настольного блока, присоединенного кабелем к компьютеру и телефонной сети. Однако существуют блоки модемов и факс-модемов, вставляемые в корпус NOTEBOOK и работающие только на передачу сообщений. Компьютеры NOTEBOOK могут использоваться в деловых поездках, не требуют места на рабочем столе, могут храниться в ящике для бумаг, в портфеле.
ПЭВМ HANDHELD – персональные ЭВМ, размер которого меньше одного листа бумаги стандарта А4, поэтому они всегда под рукой в готовом к работе состоянии. Эти модели могут работать независимо от электросети. Программы при автономной работе вводятся с помощью твердой карточки (ROM CARD), на которых записаны программы емкостью 32, 64 или 128 Кбайт. Карточки можно перепрограммировать. По мере необходимости результаты работы могут быть по кабелю перенесены на настольный компьютер.
Миниатюрные компьютеры в ближайшем будущем смогут включаться в вычислительные сети без проводов (с помощью радиоволн), что потребует минимальных затрат. Такая технология получила название «полевая компьютеризация». Внедрение такой техники вызовет новый революционный скачок в информатизации общества.
Специалисты считают, что в начале 21 века в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды. Объемы информации, получаемые обществом по традиционным информационным каналам (радио, телевидение, печать) и компьютерные сети, можно представить диаграммой (рисунок 10.1).
Рисунок 10.1 – Информационная среда в обществе ближайшего будущего
Уже сегодня пользователям глобальной вычислительной сети Internet стала доступной практически любая в хранилищах знаний этой сети не конфиденциальная информация.
Электронная почта Internet позволяет получить почтовое отправление из любой точки Земли (где есть терминалы этой сети) через 5 секунд, а не через неделю или месяц, как при использовании обычной почты.
Широкое внедрение средств мультимедиа (аудио- и видеосредств ввода и вывода информации) позволит общаться с компьютером на естественном языке.
Специалисты предсказывают возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами.
Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас необходимой информацией, воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами.
Информационная революция затронет все стороны жизнедеятельности, появятся системы, создающие виртуальную реальность:
1. Компьютерные системы – при работе на ЭВМ абоненты по видеоканалу каналу будут видеть виртуального собеседника, активно общаться с ним на естественном речевом уровне с аудио- и видео-разъяснениями, советами, подсказками. «Компьютерное одиночество» так вредно влияющее на психику активных пользователей ЭВМ, исчезнет.
2. Системы автоматизированного обучения – при наличии обратной видеосвязи абонент будет общаться с персональным виртуальным учителем, учитывающим психологию, подготовленность, восприимчивость ученика.
3. Торговля – любой товар будет сопровождаться не магнитным кодом, нанесенным на товарный ярлык, а активной компьютерной табличкой, дистанционно общаться с потенциальным покупателем и сообщающей ему всю необходимую информацию – что, где, когда, как, сколько и почем.