Вычислительные Системы, 02 лекция (от 10 сентября)

Материал из eSyr's wiki.

Содержание

1 Введение
2 Классификация ВС
3 Терминология
4 Фотографии

[править] Введение

В прошлый раз лектор говорил про Фредерика Брукса, и вот он принёс книгу, новое издание, и перевод тут хуже, чем первое издание, наверное это было сделано потому, чтобы человек заработал деньги.

«Мое профессиональное становление в вычислительной технике первоначально было связано с программированием, однако в период 1956—1963 годов, когда разрабатывались автономные управляющие программы и языки высокого уровня, я занимался, в основном, архитектурой компьютеров. Когда в 1964 году я стал менеджером проекта разработки Operating System/360, то обнаружил, что мир программирования совершенно изменился благодаря успехам, достигнутым за несколько последних лет.

Руководство разработкой OS/360 было очень поучительным, хотя и поным расстройств. Команде разработчиков, в том числе сменившему меня Ф. М. Трапнеллу (F. M. Trapnell), можно многим гордиться. Система содержит много отличных решений в конструкции и функционировании, и ей удалось получить широкое распространение. Некоторые идеи, в первую очередь, организация ввода/вывода, независимая от устройств, и управление внешними библиотеками стали техническими новинками, ныне широко используемыми. Сейчас эта система вполне надежна, достаточно производительна и весьма гибка.

Однако проект нельзя назвать вполне успешным. Всякому пользователю OS/360 быстро становится ясно, насколько лучше могла бы быть система. Ошибки проектирования и реализации особенно заметны в управляющей программе, а не в компиляторах языков. Большая часть этих просчетов относится к периоду 1964-65 годов и потому должна быть отнесена на мой счет. Более того, система вышла с задержкой, потребовала больше памяти, чем предполагалось, стоимость разработки в несколько раз превысила запланированную, и первые несколько версий функционировали не слишком удачно.»

Очень интересными являются названия глав:

Смоляная яма
Этот мифический «человеко-месяц»
Операционная бригада
Аристократия, демократия и системное проектирование
Эффект второй системы
Донести слово
Почему не удалось построить вавилонскую башню?
Объявляя удар
Два в одном
Документарная гипотеза
Планируйте на выброс
Острый инструмент
Целое и части
Назревание катастрофы
Обратная сторона
Серебряной пули нет — сущность и акциденция в программной инженерии
Новый выстрел «серебряной пули нет»
Заявления «мифического человеко-месяца»: правда или ложь?
Пятьдесят лет удивления, восхищения и радости

Обязательно надо почитать эту книгу, если посвящаете себя этой области. Также книг по ОС и Архитектуре есть очень много, но есть классика. Это музыка. Конечно, там нет того, что есть сейчас — большие руководства … но всё равно.

«Самая яркая сцена доисторических времен — борьба огромных животных со смертью в смоляных ямах. Воображение представляет динозавров, мамонтов и саблезубых тигров, пытающихся высвободиться из смолы. Чем отчаянней борьба, тем сильнее затягивает смола, и как бы ни был силен или ловок зверь, в конечном итоге ему уготована гибель. Такой смоляной ямой в последнее десятилетие было программирование больших систем: в ней сгинул не один большой и сильный зверь. По большей части это происходило в области систем, где мало кому удалось реализовать спецификации, уложиться в график и бюджет. Большие и малые, массивные и жилистые — одна за другой эти команды увязли в смоле. Казалось, ничто в отдельности не вызывает трудностей — одну лапу всегда можно вытащить. Но накопление действующих одновременно и взаимовлияющих факторов все более и более замедляет движение. Вызывает удивление неприятность возникшей проблемы, и распознать ее сущность нелегко. Но нужно это сделать, если мы собираемся решить ее.»

Тут есть замечательные аллегории «Радости ремесла», «Горести ремесла». В новом переводе хуже.

Эпилог (258 страница):

«Эпилог. 50 лет восхищения, удивления, радости

В моей памяти все еще живы удивление и восторг, с которым я — мне тогда было 13 лет — читал отчет от 7 августа 1944 года об освящении компьютера Mark I, архитектором которого был Говард Айкен (Howard Aiken), а проектировщиками — инженеры Клер Лейк (Clair D. Lake), Бенджамин Дурфи (B. M. Durfee) и Фрэнсис Гамильтон (F. E. Hamilton). Такой же вызывающей ощущение чуда была статья Ванневара Буша (Vannevar Bush) «That We May Think» в апрельском 1945 года номере «Atlantic Monthly», в которой он предложил организовать знания в виде огромной гипертекстовой паутины и обеспечить пользователей машинами для переходов по существующим ссылкам и создания новых ассоциативных следов. Новый толчок моя страсть к компьютерам получила в 1952 году, когда, работая летом на IBM в Эдинкоте, штат Нью-Йорк, я получил практический опыт программирования для IBM 604 и формальное обучение программированию для IBM 701, их первой машины с хранимой программой. Аспирантура у Айкена и Иверсона в Гарварде сделала реальностью мои мечты о профессии, и я связал с ней всю свою жизнь. Немногим Бог дает право зарабатывать на жизнь тем, чем они с радостью занимались бы по собственной воле, по увлечению. Я благодарен судьбе. Для человека, влюбленного в компьютеры, трудно было бы придумать иное время, когда так радостно было жить. От механических устройств до вакуумных ламп, транзисторов и интегральных схем шло бурное развитие технологии. Первый компьютер, на котором я работал сразу после выпуска из Гарварда, был суперкомпьютер IBM Stretch. Этот компьютер царствовал над миром как самый быстрый с 1961 по 1964 годы; было изготовлено 9 экземпляров. Мой сегодняшний Macintosh Powerbook не только быстрее, с большей памятью и большим диском, но и в тысячу раз дешевле (в пять тысяч раз дешевле с учетом инфляции). Мы были свидетелями того, как поочередно произошли компьютерная революция, революция электронных компьютеров, революция миникомпьютеров и революция микрокомпьютеров, в результате каждой из которых компьютеров становилось на порядки больше.

Область связанных с компьютерами знаний претерпела взрыв, как и соответствующая технология. Будучи аспирантом в середине 50-х, я мог прочесть все журналы и труды конференций. Я мог оставаться на современном уровне во всей научной дисциплине. Сегодня же мне в моей интеллектуальной жизни приходится с сожалением расставаться с интересами то в одной, то в другой подобласти, поскольку количество документов превысило всякую возможность справиться с ними. Масса интересов, масса замечательных возможностей для учебы, исследований, размышлений. Чудесное затруднение! Не только конца не видно, но и шаг не замедляется. В будущем нас ожидают многие радости.»

«13 лет Марк 1. Новый толчок в 52 году, IBM/604 и IBM/701 — первой ... будущие аспиранты в середине 50-х»

далее цитируется «Москва Компьютерная».

Компромисс между программным обеспечением и аппаратным: сначала начали наваливать на ПО, палку перегнули, потом начали нагружать аппаратное обеспечение, и такими волнами и шло.

До БЭСМ-6 была сделана машина Весна, тоже параллельная. Был такой курьёз, Весну делали для КГБ, и нужна была для шифрации/дешифрации, и авторы машины спрашивали математиков, что сделать, они говорили: это, это и это, и в итоге получилась громоздкая машина, перегнули.

БЭСМ-6, разработка программы-диспетчера: не было времени готовить диссертации, но Королёв настоял, лектор приехал, Королёв у него спрашивате «Иванникова знаешь?» «Да» «Достоин он защищать диссертацию?» «Да» И Королёв отправил лектора к Иванникову. ... «Это работа не только и не столько своя, сколько института, и защищать нужно не только себя, но и институт»

Понедельник начинается в субботу: «Приходил утром, к нему «А у нас программа не работает» «Колоду» «А мы уже обошли, поменяли» «Докладную напишу!»» Дело в том, что это могла бы быть ошибка в системном ПО, и её надо найти, а без программы, на которой она проявляется, сделать ничего нельзя.

Когда защищалась кандидатсякая по многопрограммной ОС, то там в рецензентах был Шура-Бура, который делал Весну, а Томилин этого не знал, а Весна была сделана на полгода раньше и тоже была многопрограммная, но Ш-Б был скован секрентостью и не мог спорить с тем, что ОС БЭСМ-6 — первая многопроцессорная.

Последняя цитата из «Москва Компьютерная»

Основное направление — развитие параллелизма. В прошлы раз анализировали архитектуру в узком и широком смыслах. Но всё это конечно не так строго везде разделено, и термин архитектура используется везде как попала, термины архитектура и структура перепутаны.

[править] Классификация ВС

Мы начнём с того, лектор думает, что мы помним, с классификации ВС по Флинну. В 66 году Флинном (Flynn) была предложена классификация ВС по потокам комманд и потокам данных ,Эта классификация прижилась. 4 класса:

ОКОД (SISD) — идёт программа и обрабатывает данные (одиночный поток команд, одиночный поток данных). Очень большой класс. Эту архитектуру называют машинами фон Неймана или машинами, построенными по архитектуре фон Неймана. И надо знать, чот это на самом деле. Фон Нейманн — математик, узнал, что сделали ENIAC, машина была не с хранимой в памяти программой, но тем не менее. Первые ВС с хранимой программой — IBM/701 и МЭСМ. Так вуот, фон Нейман приехал, увидел Эниак, загорелся идеей сделать машину с хранимой памятью, и опубликовал первую на весь мир статью, которую рассекретили только в 50-х. В этом смысле роль Джона фон Неймана. У нас первыми были Лебедев, Брук.
ОКМД — достаточно специализированный класс. Одна команда выполняется на нескольких выч. узлах над данными, находящихся на этих узлах. Пример — ILLIAC 4. 64 выч. узла. 71 год. 300 Mflop, Cray прибилзился к этой мощности только в 76 году. ПС-2000 — для обработки геологической информации.
МКОД
МКМД — Это класс машин с общей памятью. Имеется в виду следующее: есть несколько нитей, и они работают над одной памятью. Тут и многопроцессорные ВС, и многомашинные системы, и выч. сети.
- МВК — огромный подкласс.
- ММВК

Другая организация — под управлением данных, есть эти машины.

Лектор показывает распечатку БЭСМ-6. Текст распечатки: «Лауреатам Государственной премии
— Я — ваш успех, // Я — чемпион
Даю в секунду // — Миллион
Но буду рад, // Когда мой брат // Подарит людям // Миллиард
БЭСМ-6»

[править] Терминология

Операции в секунду:

MIPS — Million Instructions Per Second — количество операций, которые проходят через устройство управления.
MFlops — FLOating Point operations per Second — то, что проходит в АЛУ, да и то не все команды, а только «+», «–», «×», «÷»

Какое соотношение: Для БЭСМ-6 считалось, что у неё 1 MIPS, а по статичтике Выч. центра FLOP это 30%, то есть 0.3 Mflops, причём «+» и «–» — 15%, «×» — 15%, «÷» — 1—2%.

Первым уровнем параллелизма была организация внутрипроцессорного параллелизма.

Вычисление адреса следующей команды
Работала ОП на выборку команды, и не работали УУ и АЛУ.
Потом делался разбор в УУ — ОП и АЛУ простаивали.
Работает АЛУ, не работают ОП и УУ.
Если есть запись, делалась запись
Прибавлялась единица в IP, выполнялась следующая команда

Устройства проставивали, и удалось этого исбезать включением устройств промежуточного хранения данных с разной логикой работы и они решили эту проблему. Плюс ещё одно решение, мы посмотрим, как эти устройства работали в параллель, и это очень серьёзно влияло на произв. Если бы они не работали параллельно, то производительность БЭСМ-6 упала бы в 4 раза.

[править] Фотографии

Сергей Алексеевич Лебедев	Сергей Алексеевич Лебедев с женой	Сергей Алексеевич Лебедев с Мельником разрабатывают БЭСМ-6	Лебедев и Мельник около Марк 1 (?), блок АЛУ. Если потянуть за ручку, то можно вытащить 2-килограммовый девайс — один разряд.
Брук. Родились Брук и Лебедев в один год. Свои машины они сдали в один и тот же день 1951 года. Умерли они в 1974 году в один месяц.	Алексей Андреевич Ляпунов — отец параллельного программирования	Слева — Николай Алексеевич Лаврентьев (основатель академгородка в Сибири, «дед»), Справа — Марчук	Николай Петрович Бруснецов — разработчик единственной в мире троичной машины «Сетунь».
Соколов	Разработчики БЭСМ-6 рядом с БЭСМ-6. Первый слева — Александр Николаевич Томилин. Второй слева — Лев Николаевич Королёв. Далее слева направо — Соколов, Лебедев, Мельник.	Вычислительный центр	Лектор показывает слайды