Суперкомпьютеры

Минимальный объем требуемой  для работы памяти Х-терминала составляет 1 Мбайт, но чаще 2 Мбайта. В зависимости  от функциональных возможностей изделия  оперативная память может расширяться  до 32 Мбайт и более⁷.

Оснащенный стандартной  системой X-Windows, X-терминал может отображать на одном и том же экране множество  приложений одновременно. Каждое приложение может выполняться в своем  окне и пользователь может изменять размеры окон, их месторасположение  и манипулировать ими в любом  месте экрана.

X-Windows - результат совместной  работы Массачусетского технологического института (MIT) и корпорации DEC. Система X-Windows (известная также под именем X) в настоящее время является открытым дефакто стандартом для доступа к множеству одновременно выполняющихся приложений с возможностями многооконного режима и графикой высокого разрешения на интеллектуальных терминалах, персональных компьютерах, рабочих станциях и Х-терминалах⁸. Она стала стандартом для обеспечения интероперабельности (переносимости) продуктов многих поставщиков и для организации доступа к множеству приложений. В настоящее время X-Windows является стандартом для разработки пользовательского интерфейса. Более 90% по­ставщиков UNIX-рабочих станций и многие поставщики персональных компьютеров адаптировали систему X-Windows и применяют в качестве стандарта.

1.3 Серверы

Прикладные многопользовательские  коммерческие и бизнес-системы, включающие системы управления базами данных и  обработки транзакций, крупные издательские системы, сетевые приложения и системы  обслуживания коммуникаций, разработку программного обеспечения и обработку  изображений все более настойчиво требуют перехода к модели вычислений «клиент-сервер» и распределенной обработке. В распределенной модели «клиент-сервер» часть работы выполняет сервер, а часть пользо­вательский компьютер (в общем случае клиентская и пользовательская части могут работать и на одном компьютере). Существует несколько типов серверов, ориентированных на разные применения: файл-сервер, сервер базы данных, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений. Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ)⁹.

С другой стороны существует классификация серверов, определяющаяся масштабом сети, в которой они  используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). Эта классификация весьма условна. Например, размер группы может меняться в диапазоне от нескольких человек  до нескольких сотен человек, а сервер отдела обслуживать от 20 до 150 пользователей. Очевидно в зависимости от числа  пользователей и характера решаемых ими задач требования к составу  оборудования и программного обеспечения сервера, к его надежности и производительности сильно варьируются.

Файловые серверы небольших  рабочих групп (не более 20-30 человек) проще всего реализуются на платформе  персональных компьютеров и программном  обеспечении Novell NetWare. Файл-сервер, в  данном случае, выполняет роль центрального хранилища данных. Серверы прикладных систем и высокопроизводительные машины для среды «клиент-сервер» значительно отличаются требованиями к аппаратным и про­граммным средствам.

Типичными для небольших  файл-серверов являются: процессор 486DX2/66 или более быстродействующий, 32-Мбайт  ОЗУ, 2 Гбайт дискового пространства и один адаптер Ethernet lOBaseT, имеющий  быстродействие 10 Мбит/с. В состав таких  серверов часто включаются флоппи-дисковод и дисковод компакт-дисков. Графика  для большинства серверов несущественна, поэтому достаточно иметь обычный  монохромный монитор с разрешением VGA.

Скорость процессора для  серверов с интенсивным вводом/выводом  некритична. Они должны быть оснащены достаточно мощными блоками питания  для возможности установки дополнительных плат расширения и дисковых накопителей. Желательно применение устройства бесперебойного питания. Оперативная память обычно имеет объем не менее 32 Мбайт, что  позволит операционной системе (например, NetWare) использовать большие дисковые кэши и увеличить производительность сервера. Как правило, для работы с многозадачными операционными  системами такие серверы оснащаются интерфейсом SCSI (или Fast SCSI). Распределение данных по нескольким жестким дискам может значительно повысить производительность¹⁰.

При наличии одного сегмента сети и 10-20 рабочих станций пиковая  пропускная способность сервера  ограничивается максимальной пропускной способностью сети. В этом случае замена процессоров или дисковых подсистем более мощными не увеличивают производительность, так как узким местом является сама сеть. Поэтому важно использовать хорошую плату сетевого интерфейса.

Хотя влияние более  быстрого процессора явно на производительности не сказывается, оно заметно снижает коэффициент использования ЦП. Во многих серверах этого класса используется процессоры 486DX2/66, Pentium с тактовой частотой 60 и 90 МГц, microSPARC-II и PowerPC. Аналогично процессорам влияние типа системной шины (EISA со скоростью 33 Мбит/с или PCI со скоростью 132 Мбит/с) также минимально при таком режиме использования.

Однако для файл-серверов общего доступа, с которыми одновременно могут работать несколько десятков, а то и сотен человек, простой  однопроцессорной платформы и программного обеспечения Novell может оказаться  недостаточно. В этом случае используются мощные многопроцессорные серверы с возможностями наращивания оперативной памяти до нескольких гигабайт, дискового пространства до сотен гигабайт, быстрыми интерфейсами дискового обмена (типа Fast SCSI-2, Fast&Wide SCSI-2 и Fi­ber Channel) и несколькими сетевыми интерфейсами. Эти серверы используют операционную систему UNIX, сетевые протоколы TCP/IP и NFS. На базе многопроцессорных UNIX-серверов обычно строятся также серверы баз данных крупных информационных систем, так как на них ложится основная нагрузка по обработке информационных запросов. Подобного рода серверы получили название суперсерверов.

По уровню общесистемной  производительности, функциональным возможностям отдельных компонентов, отказоустойчивости, а также в поддержке многопроцессорной  обработки, системного администрирования  и дисковых массивов большой емкости суперсерверы вышли в настоящее время на один уровень с мейнфреймами и мощными миникомпьютерами. Современные суперсерверы характеризуются¹¹:

• Наличием двух или более центральных процессоров RISC, либо Pentium, либо Intel 486;
• Многоуровневой шинной архитектурой;
• Поддержкой технологии дисковых массивов RAID;
• Поддержкой режима симметричной иногопроцессорной обработки.

Как правило, суперсерверы работают под управлением операционных систем UNIX, а в последнее время и Windows NT (на Digital 2100 Server Model A500MP), которые обеспечивают многопотоковую многопроцессорную  и многозадачную обработку. Суперсерверы должны иметь достаточные возможности  наращивания дискового пространства и вычислительной мощности, средства обеспечения надежности хранения данных и защиты от несанкционированного доступа. Кроме того, в условиях быстро растущей организации, важным условием является возможность наращивания и расширения уже существующей системы¹².

1.4 Мэйнфреймы

_М

ейнфрейм - это синоним  понятия «большая универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью). В нашем сознании мейнфреймы все еще ассоциируются с большими по габаритам машинами, требующими специально оборудованных помещений с системами водяного охлаждения и кондиционирования. Однако это не совсем так. Прогресс в области элементно-конструкторской базы позволил существенно сократить габариты основных устройств. Наряду со сверхмощными мейнфреймами, требующими организации двухконтурной водяной системы охлаждения, имеются менее мощные модели, для охлаждения которых достаточно принудительной воздушной вентиляции, и модели, построенные по блочно-модульному принципу и не требующие специальных помещений и кондиционеров¹³.

Основными поставщиками мейнфреймов  являются известные компьютерные компании IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf и некоторые другие, но ведущая роль принадлежит безусловно компании IBM. Именно архитектура системы IBM/360, выпущенной в 1964 году, и ее последующие  поколения стали образцом для  подражания. В нашей стране в течение  многих лет выпускались машины ряда ЕС ЭВМ, являвшиеся отечественным аналогом этой системы¹⁴.

В архитектурном плане  мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечива­ют работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Первоначально мейнфреймы ориентировались  на централизованную модель вычислений, работали под управлением патентованных операционных систем и имели ограниченные возможности для объединения в единую систему оборудования различных фирм-поставщиков. Однако повышенный интерес потребителей к открытым системам, построенным на базе международных стандартов и позволяющим достаточно эффективно использовать все преимущества такого подхода, заставил поставщиков мейнфреймов существенно расширить возможности своих операционных систем в направлении совместимости. В настоящее время они демонстрирует свою «открытость», обеспечивая соответствие со спецификациями POSIX 1003.3, возможность использования протоколов межсоединений OSI и TCP/IP или предоставляя возможность работы на своих компьютерах под управлением операционной системы UNIX собственной разработки.

Стремительный рост производительности персональных компьютеров, рабочих  станций и серверов создал тенденцию  перехода с мейнфреймов на компьютеры менее дорогих классов: миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта  тенденция получила название «разукрупнение» (downsizing). Однако этот процесс в самое последнее время несколько замедлился. Основной причиной возрождения интереса к мейнфреймам эксперты считают сложность перехода к распределенной архитектуре клиент-сервер, которая оказалась выше, чем предполагалось. Кроме того, многие пользователи считают, что распределенная среда не обладает достаточной надежностью для наиболее ответственных приложений, которой обладают мейнфреймы.

Очевидно выбор центральной  машины (сервера) для построения информационной системы предприятия возможен только после глубокого анализа проблем, условий и требований конкретного  заказчика и долгосрочного прогнозирования  развития этой системы.

Главным недостатком мейнфреймов  в настоящее время остается относительно низкое соотношение производительность/стоимость. Однако фирмами-поставщиками мейнфреймов  предпринимаются значительные усилия по улучшению этого показателя¹⁵.

Следует также помнить, что  в мире существует огромная инсталлированная база мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем. Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто не разумно. Поэтому в настоящее время ожидается рост продаж мейнфреймов по крайней мере до конца этого столетия. Эти системы, с одной стороны, позволят модернизировать существующие системы, обеспечив сокращение эксплуатационных расходов, с другой стороны, создадут новую базу для наиболее ответственных приложений.

Глава 2 Суперкомпьютеры

2.1 Суперкомпьютер: понятие и необходимости использования

Считается, что супер-ЭВМ - это компьютеры с максимальной производительностью¹⁶.

Однако быстрое развитие компьютерной индустрии делает это  понятие весьма и весьма относительным: то, что десять лет назад можно было назвать суперкомпьютером, сегодня под это определение уже не подпадает.

Производительность первых супер-ЭВМ начала 70-х годов была сравнима с производительностью современных ПК на базе традиционных процессоров Pentium.

По сегодняшним меркам ни те, ни другие к суперкомпьютерам, конечно же, не относятся.

В любом компьютере все  основные параметры взаимосвязаны. Трудно себе представить универсальный компьютер, имеющий высокое быстродействие и мизерную оперативную память либо огромную оперативную память и небольшой объем дисков. Отсюда простой вывод: супер-ЭВМ (рис. 1) - это компьютер, имеющий не только максимальную производительность, но и максимальный ли объем оперативной и дисковой памяти и совокупности со специализированным программным обеспечением, с помощью которого этим монстром можно эффективно пользоваться¹⁷.

Рисунок 1 - Суперкомпьютер

_{Суперкомпьютерам  не раз пытались давать универсальные определения – иногда они получались серьезными, иногда ироничными. Например, как-то предлагалось считать суперкомпьютером машину, вес которой превышает одну тонну. Несколько лет назад был предложен и такой вариант: суперкомпьютер - это устройство, сводящее проблему вычислений к проблеме ввода/вывода. В самом деле, задачи, которые раньше вычислялись очень долго, на супер-ЭВМ выполняются мгновенно, и почти все время теперь уходит на более медленные процедуры ввода и вывода данных, производящиеся, как правило, с прежней скоростью.}