Tradiční počítač
Akademik Tao Ruibao z Fudan University řekl, že pokud se to zásadně nezmění, rychlost vývoje tradičních počítačů bude stále pomalejší. Po 10-15 letech bude úplně stagnovat. . Tento závěr schválili akademici.
Úvod
Strojový systém, který přijímá a ukládá informace podle lidských požadavků, automaticky zpracovává a vypočítává data a vydává informace o výsledcích. Tradiční počítač je rozšířením a rozšířením mozkové síly a je jedním z hlavních úspěchů moderní vědy.
Tradiční počítačové systémy se skládají z hardwarových (sub)systémů a softwarových (sub)systémů. První z nich je organickou kombinací různých fyzikálních komponent založených na principech elektřiny, magnetismu, světla a strojů a je entitou, na které systém funguje. Tím druhým jsou různé postupy a dokumenty sloužící k tomu, aby celý systém fungoval podle specifikovaných požadavků.
Od prvního elektronického tradičního počítače, který vyšel v roce 1946, udělala tradiční počítačová technologie úžasný pokrok, pokud jde o komponenty, strukturu hardwarového systému, softwarový systém a aplikace. Moderní tradiční počítačové systémy sahají od mikrotradičních počítačů a osobních tradičních počítačů až po rozsáhlé tradiční počítače a jejich sítě. Mají různé formy a vlastnosti. Byly široce používány ve vědeckých výpočtech, zpracování transakcí a řízení procesů a stávají se stále populárnějšími v různých oblastech společnosti. Pokrok společnosti má hluboký dopad.
Tradiční elektronické počítače se dělí do dvou kategorií: digitální a analogové. Obecně řečeno, tradiční počítače označují tradiční digitální počítače a data zpracovávaná jejich operacemi jsou reprezentována diskrétními digitálními veličinami. Data, která simulují tradiční počítačové operace, jsou reprezentována spojitými analogovými veličinami. Ve srovnání s digitálními stroji jsou analogové stroje rychlé, mají jednoduchá rozhraní s fyzickými zařízeními, ale mají nízkou přesnost, obtížné použití, špatnou stabilitu a spolehlivost a jsou drahé. Proto je simulátor zastaralý a používá se pouze v případech, které vyžadují rychlou odezvu, ale nízkou přesnost. Hybridní tradiční počítač, který důmyslně kombinuje výhody obou, má stále jistou vitalitu.
Funkce
Tradiční počítačové systémy se vyznačují přesnými a rychlými výpočty a úsudky, dobrou univerzálností, snadnou obsluhou a lze je připojit k síti. ①Výpočet: Téměř všechny složité výpočty lze realizovat na tradičních počítačích pomocí aritmetických a logických operací. ② Úsudek: Tradiční počítače mají schopnost rozlišovat různé situace a volit různé zpracování, takže je lze použít při řízení, kontrole, konfrontaci, rozhodování, uvažování a dalších oblastech. ③Úložiště: Tradiční počítače mohou ukládat obrovské množství informací. ④Přesná: Pokud je délka slova dostatečná, přesnost výpočtu je teoreticky neomezená. ⑤Rychlý: Doba potřebná pro jednu operaci tradičního počítače je malá jako nanosekundy. ⑥Obecné: Tradiční počítač je programovatelný a různé programy mohou realizovat různé aplikace. ⑦ Snadné použití: Bohatý vysoce výkonný software a inteligentní rozhraní člověk-stroj značně usnadňují použití. ⑧Networking: Více tradičních počítačových systémů může překročit geografické hranice a sdílet vzdálené informace a softwarové zdroje pomocí komunikačních sítí.
Složení
Obrázek 1 ukazuje hierarchickou strukturu tradičního počítačového systému. Jádro je hardwarový systém, skutečné fyzické zařízení pro zpracování informací. Nejvzdálenější vrstvou jsou lidé, kteří používají tradiční počítače, tedy uživatelé. Rozhraním mezi člověkem a hardwarovým systémem je softwarový systém, který lze zhruba rozdělit do tří vrstev: systémový software, podpůrný software a aplikační software.
Hardware
Hardwarový systém se skládá hlavně z centrální procesorové jednotky, paměti, vstupního a výstupního řídicího systému a různých externích zařízení. Centrální procesorová jednotka je hlavní komponentou pro vysokorychlostní výpočty a zpracování informací a její rychlost zpracování může dosáhnout stovek milionů operací za sekundu. Paměť slouží k ukládání programů, dat a souborů. Často se skládá z rychlé hlavní paměti (kapacita až stovky megabajtů nebo dokonce gigabajtů) a pomalé velkokapacitní pomocné paměti (kapacita až desítky gigabajtů nebo více než stovky gigabajtů). ) Složení. Různá vstupní a výstupní externí zařízení jsou převodníky informací mezi lidmi a stroji a vstupní a výstupní řídicí systém řídí výměnu informací mezi externími zařízeními a hlavní pamětí (centrální procesorovou jednotkou).
Software
Nejvnitřnější vrstvou softwarového systému je systémový software, který se skládá z operačního systému, pomocných programů a kompilátorů. Operační systém implementuje správu a kontrolu různých softwarových a hardwarových prostředků. Obslužné programy jsou navrženy pro pohodlí uživatelů, jako je například úprava textu. Funkcí kompilátoru je přeložit program napsaný uživatelem v jazyce symbolických instrukcí nebo v určitém vysokoúrovňovém jazyce do programu strojového jazyka spustitelného strojem. Podpůrný software zahrnuje software rozhraní, nástrojový software, environmentální databázi atd., které mohou podporovat prostředí stroje a poskytovat nástroje pro vývoj softwaru. Podpůrný software lze také považovat za součást systémového softwaru. Aplikační software je speciální program napsaný uživateli podle jejich potřeb. Běží s pomocí systémového softwaru a podpůrného softwaru a je nejvzdálenější vrstvou softwarového systému. Software lze rozdělit do dvou typů: systémový software a aplikační software
Klasifikace
Tradiční počítač 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 Superpočítače, sálové počítače, středně velké počítače, minipočítače a mikropočítače: Tradiční počítače jsou vyvíjeny na základě velkých a středně velkých počítačů jako hlavní řady. Tradiční počítače malého rozsahu se objevily na konci 60. let a mikrotradiční počítače se objevily na počátku 70. let. Jsou široce používány pro svou nízkou hmotnost, nízkou cenu, silné funkce a vysokou spolehlivost. V 70. letech 20. století se začaly objevovat obrovské tradiční počítače schopné pracovat více než 50 milionůkrát za sekundu a byly speciálně používány k řešení hlavních problémů ve vědě a technice, národní obraně a hospodářském rozvoji. Obří, velké, střední, malé a mikropočítače jako vrstvové komponenty tradičních počítačových systémů mají své vlastní využití a rychle se vyvíjejí.
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.
Obyčejný hostitel (skalární stroj) je vybaven maticovým procesorem (pouze pro vysokorychlostní vektorový provoz pipeline vyhrazený stroj), který tvoří hlavní a pomocný strojový systém, který může výrazně zlepšit kapacitu zpracování systému a výkon a cenu. Poměr je vysoký a aplikace je poměrně široká.
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.
Distribuovaný systém je vývojem vícestrojového systému. Je to systém, který je fyzicky distribuován několika nezávislými a vzájemně se ovlivňujícími jednotlivými stroji, aby společně řešily problémy uživatelů. Jeho systémový software je složitější (viz Distribuovaný tradiční počítačový systém).
Moderní sálové počítače jsou téměř všechny vícepočítačové systémy s distribuovanými funkcemi. Kromě toho, že obsahují vysokorychlostní centrální procesorové jednotky, existují vstupní a výstupní procesory (nebo počítače předních uživatelů), které spravují vstup a výstup, spravují vzdálené terminály a síťovou komunikaci. Procesor řízení komunikace, stroj pro údržbu a diagnostiku pro údržbu a diagnostiku celého systému a procesor databáze pro správu databáze. Toto je nízkoúrovňová forma distribuovaného systému.
Vícenásobné geograficky distribuované tradiční počítačové systémy jsou vzájemně propojeny prostřednictvím komunikačních linek a síťových protokolů, aby vytvořily tradiční počítačovou síť. Podle geografické vzdálenosti se dělí na místní (lokální) tradiční počítačovou síť a vzdálenou tradiční počítačovou síť. Tradiční počítače v síti mohou mezi sebou sdílet informační zdroje a softwarové a hardwarové zdroje. Systémy rezervace vstupenek a systémy vyhledávání informací jsou příklady tradičních aplikací počítačových sítí.
⑤ Neumannův stroj a neumannovský stroj: Neumannův stroj řízený uloženými programy a instrukcemi zatím stále dominuje. Provádí instrukce sekvenčně, což omezuje paralelismus vlastní řešenému problému a ovlivňuje další zlepšení rychlosti zpracování. Neumannovský stroj, který prolomí tento princip, je vyvinout paralelismus z architektury a zlepšit propustnost systému. Výzkumné práce v této oblasti pokračují. Tradiční počítače s datovým tokem poháněné datovým tokem a vysoce paralelní tradiční počítače poháněné řízením redukce a na vyžádání jsou slibnými tradičními počítačovými systémy jiných než Neumannových.
Počítačem budoucnosti by měl být kvantový počítač
Pokud budeme nadále používat současný čip, o 15 let později bude vývoj tradičních počítačů ukončen. V salonu akademiků pořádaném Akademickým centrem Čínské akademie inženýrství v Šanghaji včera akademici předpověděli, že za 10-15 let bude „mrtvá hranice“ pro vývoj tradičních tradičních počítačů. Akademici vyzvali moji zemi, aby urychlila vývoj kvantových tradičních počítačů.