|
Читайте также: |
1. Мета вивчення та перспективи розвитку напрямку «Паралельні та розподілені обчислення»
Великі і надвеликі задачі. Розглянемо приклади:
1) створення виключно складної кліматичної моделі: розглянемо модель атмосфери як найважливішої складової клімату. Загальне число елементів на які розбивається атмосфера в сучасних моделях, визначається сіткою з кроком в 1° по широті і довготі на всій поверхні земного шару і 40 шарами по висоті. Це дає біля 2,6*106 елементів. Кожен елемент описується приблизно 10 компонентами. Отже, в будь-який момент часу стан атмосфери на земній кулі описується ансамблем із 2,6*107 чисел. Умови обробки чисельних результатів вимагають надходження всіх ансамблів через кожні 10 хв.!!!!!!
2) розробка ядерної зброї: раніше вик. натурні експерименти, які давали багато інформації о шляхах вдосконалення зброї. Після вступу мораторію в силу – залишився єдиний шлях вдосконалення зброї - це проведення чисельних експериментів з мат. моделлю.
3) задачі аеродинаміки: на експерименти в аеродинамічних трубах для продувки окремих деталей корабля багаторазового використання "Шаттл" було використано 100 млн. доларів. Так же сильно виростає час продувки у розрахунку на одну трубу – майже 10 років. Однак не дивлячись на великі грошові та часові витрати, продувки в аеродинамічних трубах не дають повної картини обтікання, хоча б тому, що зразок не можна оточити датчиками у всіх точках.
4) розшифровка геному людини: неможливі ніякі глобальні експерименти.
Для вирішення цих складностей прийшлося звернутися до чисельних експериментів з математичними моделями. А для проведення розрахунків - необхідно вик. ОС високої продуктивності з великим об’ємом пам’яті.
Все, що пов'язане з великими комп'ютерами і великими задачами, супроводжується характерним словом "паралельний": паралельні комп'ютери, паралельні обчислювальні системи, мови паралельного програмування, паралельні чисельні методи і т.п. Широкого вжитку цей термін набув майже відразу після появи перших комп'ютерів. Точніше, майже відразу після усвідомлення того факту, що створені комп'ютери не в змозі вирішити за прийнятний час багато задач. Вихід з положення, що створилося, напрошувався сам собою. Якщо один комп'ютер не справляється з рішенням задачі за потрібний час, то спробуємо узяти два, три, десять комп'ютерів і примусимо їх одночасно працювати над різними частинами загальної задачі, сподіваючись дістати відповідне прискорення. Ідея показалася плідною, і в наукових дослідженнях конкретне число об'єднуваних комп'ютерів досить швидко перетворилося на довільне і навіть скільки завгодно велике число.
Об'єднання комп'ютерів в єдину систему потягнуло за собою безліч наслідків. Щоб забезпечити окремі комп'ютери роботою, необхідно початкову задачу розділити на фрагменти, які можна виконувати незалежно один від одного. Так стали виникати спеціальні чисельні методи, що допускають можливість подібного розділення. Щоб описати можливість одночасного виконання різних фрагментів задачі на різних комп'ютерах, потрібно спеціальні мови програмування, спеціальні операційні системи і т.д. Поступово такі слова, як "одночасний", "незалежний" і схожі на них стали замінюватися одним словом "паралельний".
Термін „паралельний” описує процеси, дії, факти, стани, які відбуваються одночасно і незалежно один від одного.
Далеко не відразу вдалося об'єднати велике число комп'ютерів. Перші комп'ютери були дуже громіздкими, споживали дуже багато енергії, та і багато технологічних проблем комплексування ще не знайшли ефективного рішення. Але з часом успіхи мікроелектроніки привели до того, що найважливіші елементи комп'ютерів по багатьох своїх параметрах, включаючи розміри і об'єм споживаної енергії, стали менше в тисячі і більше разів. Ідея об'єднання великого числа комп'ютерів в єдину систему стала домінувати в підвищенні загальної продуктивності обчислювальної техніки. У одній з найбільших сучасних систем ASCI White об'єднано 8192 процесори. При цьому досягаються вельми вражаючі сумарні характеристики: пікова продуктивність більше 12 Тфлопс, оперативна пам'ять 4 Тбайт, дисковий масив 160 Тбайт.
Під терміном "паралельні обчислення" розуміється сукупність питань, що відносяться до створення ресурсів паралелізму в процесах вирішення задач і гнучкому управлінню реалізацією цього паралелізму з метою досягнення найбільшої ефективності використання обчислювальної техніки. Паралелізм на різних рівнях характерний для всіх сучасних комп'ютерів(: одночасно функціонує безліч процесорів, передаються дані по комунікаційній мережі, працюють пристрої введення/виводу, здійснюються інші дії). Будь-який паралелізм направлений на підвищення ефективності роботи комп'ютера.
Комп'ютери постійно удосконалюються. Головний вектор їх розвитку — підвищення продуктивності, тобто можливості виконувати більше число операцій в одиницю часу. Продуктивність ЕОМ вимірюється у MIPS (мільйон операцій із плаваючою крапкою за секунду).
Даний вектор дуже важливий. Про це говорить хоча б той факт, що останніми роками продуктивність комп'ютерів збільшується на порядок приблизно кожні п'ять років. За продуктивність в комп'ютері відповідає, в першу чергу, арифметико-логічний пристрій. Але він - це лише близько 20% всього устаткування. Отже, вирішуючи головну задачу — забезпечення користувача інформаційно-обчислювальними послугами, — комп'ютер вирішує і якісь допоміжні задачі, видимі або невидимі для користувача
Сумарна продуктивність АЛ Пристроїв ОС називається піковою продуктивністю ОС. Це — теоретичне поняття, яке не враховує ніяких тимчасових витрат від діяльності інших складових. Реальна продуктивність — це продуктивність, якої ОС реально сягає при виконанні конкретної операції. Вона залежить від виду операції. Реальна продуктивність ніколи не може перевищувати пікову. Ступінь її близькості до пікової говорить про ступінь узгодженості роботи секторів системи між собою. Відношення реальної продуктивності до пікової називається ефективністю роботи ОС. Свою частку в зменшення ефективності вносять всі сектори системи. Якщо на більшості програм ефективність роботи комп'ютера знаходиться в межах 0,5—1, ситуацію можна вважати хорошою. Якщо ж ефективність набагато менше, а задачі потрібно вирішувати щонайшвидше, доводиться розбиратися, де ж втрачаєтся продуктивність і що треба зробити для її підвищення. Іншими словами, треба встановити вузькі місця процесу функціонування комп'ютера i його програмного оточення в цілому.
Перспективи:
Унікальні можливості паралельного розв’язку задач дає мережа Internet, яку можна розглядати як найбільший комп’ютер в світі. Жодна ОС не може зрівнятись з ним ні по Ппік, ні по об’єму оперативної або дискової пам’яті. Процес організації обчислень на такій системі носить назву метакомп’ютинг. Приклади ефективного вик. метакомп’ютингу:
1) Система Condor: призначена для розподілення задач по існуючій корпоративній мережі робочих станцій, вик. той час, коли комп’ютери простоюють без навантаження, наприклад, вночі. Програмне забезпечення системи розповсюджується безкоштовно. Підтримуються всі основні платформи.
2) Проект SETI: пошук позаземних цивілізацій за допомогою розподіленої обробки даних, що поступають з радіотелескопу. Приєднатися до проекту може будь-який бажаючий, завантаживши на свій комп. програму обробки радіосигналів. Доступні клієнтські програми для Windows, Unix, OS/2. З моменту старту проекту у травні 1999 року по травень 2002 для участі у проекті зареєструвалося більш ніж 3,7 млн. чоловік. Сумарна продуктивність задіяних в проекті комп. перебільшує продуктивність всіх комп. із списку TOP500.
3) Проект GIMPS (Great Internet Mersenne Prime Search): пошук простих чисел Мерсена, тобто простих чисел виду 2р-1, де Р – є простим числом. у листопаді 2001р. в рамках даного проекту було знайдено макс. на той момент число Мерсена 213466917-1. Організація Electronic Frontier Foundation пропонує приз у $100 000 за находження простого числа Мерсена, яке містить 10 млн. цифр.
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 55 | Нарушение авторских прав