Традиционен компютър
Академик Тао Руибао от университета Фудан каза, че ако не се промени фундаментално, скоростта на развитие на традиционните компютри ще става все по-бавна и по-бавна. След 10-15 години ще е напълно в застой. . Това заключение беше одобрено от академиците.
Въведение
Машинна система, която получава и съхранява информация според човешките изисквания, автоматично обработва и изчислява данни и извежда информация за резултатите. Традиционният компютър е разширение и разширяване на мозъчната мощ и е едно от основните постижения на съвременната наука.
Традиционните компютърни системи са съставени от хардуерни (под)системи и софтуерни (под)системи. Първият е органична комбинация от различни физически компоненти, базирани на принципите на електричеството, магнетизма, светлината и машините, и е обектът, върху който работи системата. Последните са различни процедури и документи, използвани за насочване на цялата система да работи според определени изисквания.
Откакто първият електронен традиционен компютър излезе през 1946 г., традиционната компютърна технология постигна невероятен напредък по отношение на компоненти, структура на хардуерна система, софтуерна система и приложения. Съвременните традиционни компютърни системи варират от микро-традиционни компютри и персонални традиционни компютри до широкомащабни традиционни компютри и техните мрежи. Те имат различни форми и характеристики. Те са широко използвани в научните изчисления, обработката на транзакции и контрола на процесите и стават все по-популярни в различни области на обществото. Прогресът на обществото има дълбоко въздействие.
Електронните традиционни компютри са разделени на две категории: цифрови и аналогови. Най-общо казано, традиционните компютри се отнасят до цифрови традиционни компютри и данните, обработвани от техните операции, са представени от дискретни цифрови величини. Данните, които симулират традиционни компютърни операции, са представени чрез непрекъснати аналогови величини. В сравнение с цифровите машини, аналоговите машини са бързи, имат прости интерфейси с физически устройства, но имат ниска точност, трудни за използване, ниска стабилност и надеждност и са скъпи. Следователно симулаторът е остарял и се използва само в случаи, които изискват бърза реакция, но ниска точност. Хибридният традиционен компютър, който гениално съчетава предимствата на двете, все още има известна жизненост.
Характеристика
Традиционните компютърни системи се характеризират с точни и бързи изчисления и преценки, добра гъвкавост, лесна употреба и могат да бъдат свързани към мрежа. ①Изчисляване: Почти всички сложни изчисления могат да бъдат реализирани от традиционните компютри чрез аритметични и логически операции. ② Преценка: Традиционните компютри имат способността да разграничават различни ситуации и да избират различна обработка, така че да могат да се използват в управление, контрол, конфронтация, вземане на решения, разсъждения и други области. ③Съхранение: Традиционните компютри могат да съхраняват огромни количества информация. ④Точност: Докато дължината на думата е достатъчна, точността на изчислението е теоретично неограничена. ⑤Бързо: Времето, необходимо за една операция на традиционен компютър, е само наносекунди. ⑥Общо: Традиционният компютър е програмируем и различни програми могат да реализират различни приложения. ⑦Лесен за използване: изобилие от високопроизводителен софтуер и интелигентен интерфейс човек-машина значително улесняват употребата. ⑧ Работа в мрежа: множество традиционни компютърни системи могат да надхвърлят географските граници и да споделят отдалечена информация и софтуерни ресурси с помощта на комуникационни мрежи.
Състав
Фигура 1 показва йерархичната структура на традиционна компютърна система. Ядрото е хардуерна система, действително физическо устройство за обработка на информация. Най-външният слой са хората, които използват традиционни компютри, тоест потребителите. Интерфейсът между човек и хардуерна система е софтуерна система, която може грубо да бъде разделена на три слоя: системен софтуер, поддържащ софтуер и приложен софтуер.
Хардуер
Хардуерната система се състои главно от централен процесор, памет, система за контрол на входа и изхода и различни външни устройства. Централният процесор е основният компонент за високоскоростни изчисления и обработка на информация и неговата скорост на обработка може да достигне стотици милиони операции в секунда. Паметта се използва за съхраняване на програми, данни и файлове. Често се състои от бърза основна памет (капацитет до стотици мегабайти или дори гигабайти) и бавна масова спомагателна памет (капацитет до десетки гигабайти или повече от стотици гигабайти). ) Състав. Различни входни и изходни външни устройства са преобразуватели на информация между хора и машини, а входно-изходната контролна система управлява обмена на информация между външните устройства и основната памет (централен процесор).
Софтуер
Най-вътрешният слой на софтуерната система е системният софтуер, който се състои от операционна система, помощни програми и компилатори. Операционната система осъществява управление и контрол на различни софтуерни и хардуерни ресурси. Помощните програми са предназначени за удобство на потребителите, като например редактиране на текст. Функцията на компилатора е да преведе програмата, написана от потребителя на асемблер или определен език от високо ниво, в програма на машинен език, изпълнима от машината. Поддържащият софтуер включва интерфейсен софтуер, инструментален софтуер, база данни за околната среда и т.н., които могат да поддържат средата на машината и да предоставят инструменти за разработка на софтуер. Поддържащият софтуер също може да се разглежда като част от системния софтуер. Приложният софтуер е специална програма, написана от потребителите според техните нужди. Той работи с помощта на системен софтуер и поддържащ софтуер и е най-външният слой на софтуерната система. Софтуерът може да бъде разделен на два вида: системен софтуер и приложен софтуер
Класификация
Традиционен компютър systems can be classified according to system functions, performance or architecture. ① Special purpose computer and general purpose computer: The early traditional computers were designed for specific purposes and were of special nature. Since the 1960s, it has begun to manufacture general-purpose traditional computers that take into account the three applications of scientific computing, transaction processing and process control. Especially the emergence of serial machines, the adoption of various high-level programming languages of standard texts, and the maturity of the operating system enable a model series to choose different software and hardware configurations to meet the different needs of users in various industries, and further strengthen Versatility. However, special purpose machines are still being developed, such as full digital simulators for continuous dynamics systems, ultra-mini space special traditional computers, and so on.
② Суперкомпютри, мейнфрейми, средно големи компютри, миникомпютри и микрокомпютри: Традиционните компютри са разработени на базата на големи и средни компютри като основна линия. Малките традиционни компютри се появяват в края на 60-те години на миналия век, а микротрадиционните компютри се появяват в началото на 70-те години. Те са широко използвани поради тяхното леко тегло, ниска цена, силни функции и висока надеждност. През 70-те години на миналия век започнаха да се появяват огромни традиционни компютри, способни да изчислят повече от 50 милиона пъти в секунда, и те бяха специално използвани за решаване на големи проблеми в науката и технологиите, националната отбрана и икономическото развитие. Гигантските, големите, средните, малките и микрокомпютрите, като компоненти на ешелона на традиционните компютърни системи, имат свои собствени приложения и се развиват бързо.
③ Pipeline processor and parallel processor: Under the condition of limited speed of components and devices, starting from the system structure and organization to achieve high-speed processing capabilities, these two processors have been successfully developed. They all face ɑiθbi=ci(i=1, 2, 3,...,< i>n; θ is an operator) such a set of data (also called vector) operations. The pipeline processor is a single instruction data stream (SISD). They use the principle of overlap to process the elements of the vector in a pipeline manner, and have a high processing rate. The parallel processor is a single instruction stream multiple data stream (SIMD), which uses the principle of parallelism to repeatedly set up multiple processing components, and simultaneously process the elements of the vector in parallel to obtain high speed (see parallel processing traditional computer systems). Pipeline and parallel technology can also be combined, such as repeatedly setting multiple pipeline components to work in parallel to obtain higher performance. Research on parallel algorithms is the key to the efficiency of such processors. Correspondingly expand vector statements in high-level programming languages, which can effectively organize vector operations; or set up vector recognizers to automatically recognize vector components in source programs.
Обикновен хост (скаларна машина) е оборудван с масивен процесор (само за високоскоростна векторна операция, предназначена за конвейерна машина), за да формира основната и спомагателната машинна система, което може значително да подобри капацитета за обработка на системата, както и производителността и цената Коефициентът е висок, а приложението е доста широко.
④ Multiprocessors and multicomputer systems, distributed processing systems and traditional computer networks: Multiprocessors and multicomputer systems are the only way to further develop parallel technology, and are the main development directions for giant and mainframe computers. They are multiple instruction streams and multiple data streams (MIMD) systems. Each machine processes its own instruction stream (process), communicates with each other, and jointly solves large-scale problems. They have a higher level of parallelism than parallel processors, with great potential and flexibility. Using a large number of cheap microcomputers to form a system through the interconnection network to obtain high performance is a direction of research on multiprocessors and multicomputer systems. Multiprocessors and multicomputer systems require the study of parallel algorithms at a higher level (processes). High-level programming languages provide means for concurrent and synchronizing processes. The operating system is also very complex, and it is necessary to solve the communication and synchronization of multiple processes between multiple computers. , Control and other issues.
Разпределената система е развитието на многомашинна система. Това е система, която е физически разпределена от множество независими и взаимодействащи единични машини за съвместно решаване на потребителски проблеми. Неговият системен софтуер е по-сложен (вижте Разпределена традиционна компютърна система).
Съвременните мейнфрейми са почти всички мултикомпютърни системи с разпределени функции. В допълнение към високоскоростните централни процесори има процесори за вход и изход (или потребителски компютри от предния край), които управляват входа и изхода, управляват отдалечени терминали и мрежови комуникации. Процесорът за контрол на комуникацията, машината за поддръжка и диагностика за поддръжка и диагностика в цялата система и процесорът за база данни за управление на база данни. Това е форма на ниско ниво на разпределената система.
Множество географски разпределени традиционни компютърни системи са свързани една с друга чрез комуникационни линии и мрежови протоколи, за да образуват традиционна компютърна мрежа. Разделя се на локална (локална) традиционна компютърна мрежа и отдалечена традиционна компютърна мрежа според географското разстояние. Традиционните компютри в мрежата могат да споделят информационни ресурси и софтуерни и хардуерни ресурси един с друг. Системите за резервация на билети и системите за извличане на информация са примери за традиционни компютърни мрежови приложения.
⑤ Машина на Нойман и машина, различна от Нойман: Машината на Нойман, управлявана от съхранени програми и инструкции, все още доминира досега. Той изпълнява инструкциите последователно, което ограничава паралелизма, присъщ на проблема, който трябва да бъде разрешен, и влияе върху по-нататъшното подобряване на скоростта на обработка. Не-Ноймановата машина, която пробива този принцип, е да развие паралелизъм от архитектурата и да подобри пропускателната способност на системата. Изследователската работа в тази област продължава. Традиционните компютри с поток от данни, задвижвани от потока от данни, и силно паралелните традиционни компютри, задвижвани от контрол на редукция и при поискване, са всички обещаващи традиционни компютърни системи, различни от Neumann.
Компютърът на бъдещето трябва да бъде квантов компютър
Ако продължим да използваме сегашния чип, 15 години по-късно развитието на традиционните компютри ще приключи. На академичния салон, проведен от Академичния център на Китайската академия по инженерство в Шанхай вчера, академиците прогнозираха, че след 10-15 години ще бъде "мъртвата граница" за развитието на традиционните традиционни компютри. Академиците призоваха моята страна да ускори развитието на квантовите традиционни компютри.