Perinteinen tietokone
Fudanin yliopiston akateemikko Tao Ruibao sanoi, että jos sitä ei perusteellisesti muuteta, perinteisten tietokoneiden kehitysnopeus tulee hitaammaksi ja hitaammaksi. 10-15 vuoden kuluttua se on täysin pysähtynyt. . Akateemikot hyväksyivät tämän päätelmän.
Johdanto
Konejärjestelmä, joka vastaanottaa ja tallentaa tietoa ihmisen tarpeiden mukaan, automaattisesti prosessoi ja laskee tiedot sekä tulostaa tulostietoja. Perinteinen tietokone on aivovoiman laajennus ja laajentaminen, ja se on yksi modernin tieteen suurimmista saavutuksista.
Perinteiset tietokonejärjestelmät koostuvat laitteisto- (ali)järjestelmistä ja ohjelmisto- (ali)järjestelmistä. Edellinen on erilaisten fysikaalisten komponenttien orgaaninen yhdistelmä, joka perustuu sähkön, magnetismin, valon ja koneiston periaatteisiin, ja se on kokonaisuus, jolla järjestelmä toimii. Jälkimmäiset ovat erilaisia menettelyjä ja asiakirjoja, joilla ohjataan koko järjestelmä toimimaan määriteltyjen vaatimusten mukaisesti.
Siitä lähtien, kun ensimmäinen elektroninen perinteinen tietokone ilmestyi vuonna 1946, perinteinen tietokonetekniikka on edistynyt hämmästyttävällä tavalla komponenttien, laitteistojärjestelmän rakenteen, ohjelmistojärjestelmän ja sovellusten suhteen. Nykyaikaiset perinteiset tietokonejärjestelmät vaihtelevat mikroperinteisistä tietokoneista ja perinteisistä henkilökohtaisista tietokoneista suuriin perinteisiin tietokoneisiin ja niiden verkkoihin. Niillä on erilaisia muotoja ja ominaisuuksia. Niitä on käytetty laajasti tieteellisessä laskennassa, tapahtumien käsittelyssä ja prosessien ohjauksessa, ja niistä on tulossa yhä suositumpia yhteiskunnan eri aloilla. Yhteiskunnan kehityksellä on syvällinen vaikutus.
Perinteiset elektroniset tietokoneet jaetaan kahteen luokkaan: digitaalisiin ja analogisiin. Yleisesti ottaen perinteisillä tietokoneilla tarkoitetaan perinteisiä digitaalisia tietokoneita ja niiden toiminnan käsittelemää dataa edustavat diskreetit digitaaliset suureet. Perinteisiä tietokonetoimintoja simuloiva data on esitetty jatkuvilla analogisilla suureilla. Digitaalisiin koneisiin verrattuna analogiset koneet ovat nopeita, niillä on yksinkertaiset liitännät fyysisiin laitteisiin, mutta niiden tarkkuus on alhainen, vaikeita käyttää, huono vakaus ja luotettavuus ja kalliita. Siksi simulaattori on vanhentunut ja sitä käytetään vain tilanteissa, jotka vaativat nopeaa reagointia mutta alhaista tarkkuutta. Perinteisessä hybriditietokoneessa, joka yhdistää nerokkaasti näiden kahden edut, on edelleen tiettyä elinvoimaa.
ominaisuudet
Perinteisille tietokonejärjestelmille on ominaista tarkat ja nopeat laskelmat ja arvioinnit, hyvä monipuolisuus, helppokäyttöisyys ja verkkoon liitettävyys. ①Laskentaminen: Lähes kaikki monimutkaiset laskutoimitukset voidaan toteuttaa perinteisillä tietokoneilla aritmeettisten ja loogisten operaatioiden avulla. ② Tuomio: Perinteisillä tietokoneilla on kyky erottaa erilaisia tilanteita ja valita erilainen käsittely, joten niitä voidaan käyttää johtamisessa, ohjauksessa, vastakkainasettelussa, päätöksenteossa, päättelyssä ja muilla aloilla. ③Tallennus: Perinteiset tietokoneet voivat tallentaa valtavia määriä tietoa. ④Tarkka: Niin kauan kuin sanan pituus on riittävä, laskennan tarkkuus on teoriassa rajoittamaton. ⑤Nopea: Perinteisen tietokoneen yhteen toimintoon kuluva aika on nanosekuntia. ⑥Yleistä: Perinteinen tietokone on ohjelmoitava, ja eri ohjelmilla voidaan toteuttaa erilaisia sovelluksia. ⑦Helppokäyttöinen: Runsas korkean suorituskyvyn ohjelmisto ja älykäs ihmisen ja koneen välinen käyttöliittymä helpottavat huomattavasti käyttöä. ⑧Verkottuminen: Useat perinteiset tietokonejärjestelmät voivat ylittää maantieteelliset rajat ja jakaa etätietoja ja ohjelmistoresursseja viestintäverkkojen avulla.
Sävellys
Kuvassa 1 on esitetty perinteisen tietokonejärjestelmän hierarkkinen rakenne. Ydin on laitteistojärjestelmä, varsinainen fyysinen tiedonkäsittelylaite. Uloin kerros ovat ihmiset, jotka käyttävät perinteisiä tietokoneita, eli käyttäjät. Ihmisen ja laitteiston välinen rajapinta on ohjelmistojärjestelmä, joka voidaan karkeasti jakaa kolmeen kerrokseen: järjestelmäohjelmistoon, tukiohjelmistoon ja sovellusohjelmistoon.
Laitteisto
Laitteistojärjestelmä koostuu pääasiassa keskusyksiköstä, muistista, tulon ja lähdön ohjausjärjestelmästä sekä erilaisista ulkoisista laitteista. Keskusyksikkö on nopean laskennan ja tiedonkäsittelyn pääkomponentti, ja sen käsittelynopeus voi olla satoja miljoonia operaatioita sekunnissa. Muistia käytetään ohjelmien, tietojen ja tiedostojen tallentamiseen. Se koostuu usein nopeasta päämuistista (kapasiteetti jopa satoja megatavuja tai jopa gigatavuja) ja hitaasta lisämuistista (kapasiteetti jopa kymmeniä gigatavuja tai yli satoja gigatavuja). ) Sävellys. Erilaiset ulkoiset syöttö- ja lähtölaitteet ovat tiedon muuntajia ihmisten ja koneiden välillä, ja tulo-lähtöohjausjärjestelmä ohjaa tiedonvaihtoa ulkoisten laitteiden ja päämuistin (keskusyksikön) välillä.
Ohjelmisto
Ohjelmistojärjestelmän sisin kerros on järjestelmäohjelmisto, joka koostuu käyttöjärjestelmästä, apuohjelmista ja kääntäjistä. Käyttöjärjestelmä toteuttaa erilaisten ohjelmisto- ja laitteistoresurssien hallinnan ja ohjauksen. Apuohjelmat on suunniteltu käyttäjien avuksi, kuten tekstinkäsittelyyn. Kääntäjän tehtävänä on kääntää käyttäjän assembly-kielellä tai tietyllä korkean tason kielellä kirjoittama ohjelma koneella suoritettavaksi konekieliseksi ohjelmaksi. Tukiohjelmistoja ovat käyttöliittymäohjelmistot, työkaluohjelmistot, ympäristötietokanta jne., jotka voivat tukea koneen ympäristöä ja tarjota ohjelmistokehitystyökaluja. Myös tukiohjelmistoja voidaan pitää osana järjestelmäohjelmistoa. Sovellusohjelmisto on käyttäjien tarpeidensa mukaan kirjoittama erityinen ohjelma. Se toimii järjestelmäohjelmiston ja tukiohjelmiston avulla ja on ohjelmistojärjestelmän uloin kerros. Ohjelmistot voidaan jakaa kahteen tyyppiin: järjestelmäohjelmistot ja sovellusohjelmistot
Luokittelu
Perinteinen tietokone 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 Supertietokoneet, keskustietokoneet, keskikokoiset tietokoneet, minitietokoneet ja mikrotietokoneet: Perinteisiä tietokoneita kehitetään pääasiassa suurten ja keskikokoisten tietokoneiden pohjalta. Pienet perinteiset tietokoneet ilmestyivät 1960-luvun lopulla ja mikroperinteiset tietokoneet 1970-luvun alussa. Niitä käytetään laajalti niiden keveyden, alhaisen hinnan, vahvojen toimintojen ja korkean luotettavuuden vuoksi. 1970-luvulla alkoi ilmestyä valtavia perinteisiä tietokoneita, jotka pystyivät laskemaan yli 50 miljoonaa kertaa sekunnissa, ja niitä käytettiin erityisesti ratkaisemaan tärkeitä tieteen ja teknologian, maanpuolustuksen ja taloudellisen kehityksen kysymyksiä. Jättiläisillä, suurilla, keskikokoisilla, pienillä ja mikrotietokoneilla, jotka ovat perinteisten tietokonejärjestelmien ykköskomponentteja, on omat käyttötarkoituksensa ja ne kehittyvät nopeasti.
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.
Tavallinen isäntä (skalaarikone) on varustettu matriisiprosessorilla (vain nopealle vektorikäyttöisen putkilinjan omalle koneelle) pää- ja apukonejärjestelmän muodostamiseksi, mikä voi parantaa huomattavasti järjestelmän prosessointikapasiteettia sekä suorituskykyä ja hintaa. Suhde on korkea, ja sovellus on melko laaja.
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.
Hajautettu järjestelmä on monen koneen järjestelmän kehittäminen. Se on järjestelmä, joka on fyysisesti hajautettu useille itsenäisille ja vuorovaikutuksessa oleville yksittäisille koneille käyttäjien ongelmien ratkaisemiseksi yhdessä. Sen järjestelmäohjelmisto on monimutkaisempi (katso Hajautettu perinteinen tietokonejärjestelmä).
Nykyaikaiset keskustietokoneet ovat lähes kaikki monitietokonejärjestelmiä, joissa on hajautetut toiminnot. Sen lisäksi, että ne sisältävät nopeita keskusprosessoreita, niissä on syöttö- ja lähtöprosessorit (tai etukäyttäjätietokoneet), jotka hallitsevat tuloa ja lähtöä, hallitsevat etäpäätteitä ja verkkoliikennettä. Viestinnän ohjausprosessori, huolto- ja diagnoosikone järjestelmän laajuiseen ylläpitoon ja diagnoosiin sekä tietokantaprosessori tietokannan hallintaan. Tämä on hajautetun järjestelmän matalan tason muoto.
Useat maantieteellisesti hajautetut perinteiset tietokonejärjestelmät on kytketty toisiinsa viestintälinjojen ja verkkoprotokollien kautta perinteisen tietokoneverkon muodostamiseksi. Se on jaettu paikalliseen (paikalliseen) perinteiseen tietokoneverkkoon ja perinteiseen etätietokoneverkkoon maantieteellisen etäisyyden mukaan. Verkon perinteiset tietokoneet voivat jakaa tietoresursseja sekä ohjelmisto- ja laitteistoresursseja keskenään. Lippujen varausjärjestelmät ja tiedonhakujärjestelmät ovat esimerkkejä perinteisistä tietokoneverkkosovelluksista.
⑤ Neumann-kone ja ei-Neumann-kone: Tallennettujen ohjelmien ja ohjeiden ohjaama Neumann-kone hallitsee edelleen toistaiseksi. Se suorittaa käskyt peräkkäin, mikä rajoittaa ratkaistavan ongelman luontaista rinnakkaisuutta ja vaikuttaa käsittelynopeuden edelleen parantamiseen. Ei-Neumann-kone, joka murtaa tämän periaatteen, on kehittää rinnakkaisuutta arkkitehtuurista ja parantaa järjestelmän läpimenoa. Tutkimustyö tällä alueella on käynnissä. Datavirtaan perustuvat perinteiset tietovirralla toimivat tietokoneet ja erittäin rinnakkaiset perinteiset tietokoneet, joita ohjataan vähennysohjauksella ja pyynnöstä, ovat kaikki lupaavia ei-Neumann-perinteisiä tietokonejärjestelmiä.
Tulevaisuuden tietokoneen pitäisi olla kvanttitietokone
Jos jatkamme nykyisen sirun käyttöä, 15 vuotta myöhemmin perinteisten tietokoneiden kehitys päättyy. Eilen Shanghaissa Kiinan tekniikan akatemian akateemikon keskuksen pitämässä akateemikkosalongissa akateemikot ennustivat, että 10-15 vuoden kuluttua on "kuollut raja" perinteisten perinteisten tietokoneiden kehitykselle. Akateemikot kehottivat maatani nopeuttamaan perinteisten kvanttitietokoneiden kehitystä.