Bajardi: Hamroyev Nozimbek Guruh: 830-19 Tekshirdi

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALAR UNIVERSITETI

Kompyuter arxitekturasi fanidan

Mustaqil ishi

Mavzu: Superkompyuterlar va ularning xususiyatlari.
Bajardi: Hamroyev Nozimbek

Guruh: 830-19

Tekshirdi:Murodullayev B

Toshkent-2021

Mavzu: Superkompyuterlar va ularning xususiyatlari.
Superkompyuter texnologiyasi dunyodagi eng tezkor kompyuterlar bo'lgan superkompyuterlarni o'z ichiga oladi. Superkompyuterlar o'zaro aloqalar, kiritish-chiqarish tizimlari, xotira va protsessor yadrolaridan iborat. An'anaviy kompyuterlardan farqli o'laroq, superkompyuterlar bir nechta markaziy protsessorlardan (CPU) foydalanadilar. Ushbu protsessorlar protsessor yoki protsessorlar guruhini - simmetrik ko'p ishlov berish (SMP) va xotira blokini o'z ichiga olgan hisoblash tugunlariga guruhlangan. Masshtabda superkompyuter o'n minglab tugunlarni o'z ichiga olishi mumkin. O'zaro aloqa imkoniyatlari bilan bu tugunlar muayyan muammoni hal qilishda hamkorlik qilishi mumkin. Tugunlar, shuningdek, maʼlumotlarni saqlash va tarmoqqa ulanish kabi kiritish-chiqarish tizimlari bilan bogʻlanish uchun oʻzaro ulanishlardan foydalanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, zamonaviy superkompyuterlarning quvvat sarfi tufayli ma'lumotlar markazlari sovutish tizimlari va barchasini joylashtirish uchun mos moslamalarni talab qiladi.

Saratonga qarshi kurashda mashinani o'rganish algoritmlari tibbiy tadqiqotchilarga AQSh saratoni populyatsiyasini batafsil ma'lumot darajasida to'liq ko'rishga yordam beradi. Saraton tadqiqotlarini jadallashtirish Keyingi avlod materiallarini aniqlash. Chuqur o‘rganish olimlarga batareyalar, chidamliroq qurilish materiallari va samaraliroq yarimo‘tkazgichlar uchun materiallarni aniqlashga yordam beradi. Keyingi avlod materiallarini aniqlash Kasallik shakllarini tushunish. Sunʼiy intellekt (AI) usullaridan foydalangan holda tadqiqotchilar inson oqsillari va hujayra tizimlarining funksiyasi, hamkorligi va evolyutsiyasidagi naqshlarni aniqlaydilar.

Superkompyuter - umumiy maqsadli kompyuterga nisbatan yuqori unumdorlikka ega kompyuter. Superkompyuterning ishlashi soniyada million ko'rsatmalar (MIPS) o'rniga suzuvchi nuqta operatsiyalari (FLOPS) bilan o'lchanadi. Superkompyuterlar o'n minglab protsessorlarni o'z ichiga oladi va soniyada milliardlab va trillionlab hisob-kitoblarni amalga oshirishi mumkin. Ba'zi superkompyuterlar yuz kvadrillion FLOPSgacha ishlashi mumkin. Axborot superkompyuterdagi protsessorlar o'rtasida tez o'tganligi sababli (tarqatilgan hisoblash tizimlariga nisbatan) ular real vaqtda ilovalar uchun idealdir. Superkompyuterlar kvant mexanikasi, ob-havoni bashorat qilish, neft va gazni qidirish, molekulyar modellashtirish, fizik simulyatsiyalar, aerodinamika, yadro sintezini tadqiq qilish va kriptoanaliz kabi maʼlumotlarni koʻp talab qiladigan va hisoblashni talab qiladigan ilmiy va muhandislik maqsadlarida qoʻllaniladi. Dastlabki operatsion tizimlar tezligini oshirish uchun har bir superkompyuter uchun maxsus ishlab chiqilgan.

So'nggi yillarda superkompyuter arxitekturasi xususiy, ichki operatsion tizimlardan Linuxga o'tdi. Ko'pgina superkompyuterlar Linux-ga asoslangan operatsion tizimdan foydalansa-da, har bir ishlab chiqaruvchi o'zining Linux lotinini uskunaning eng yuqori ishlashi uchun optimallashtiradi. 2017-yilda dunyodagi eng yaxshi 50 ta superkompyuterning yarmi SUSE Enterprise Linux serveridan foydalangan. Eng katta, eng kuchli superkompyuterlar aslida parallel ishlov berishni amalga oshiradigan bir nechta kompyuterlardir. Bugungi kunda ko'plab akademik va ilmiy tadqiqot firmalari, muhandislik kompaniyalari va katta qayta ishlash quvvatini talab qiluvchi yirik korxonalar superkompyuterlar o'rniga bulutli hisoblashlardan foydalanmoqda. Bulut orqali yuqori unumdorlikdagi hisoblash (HPC) mahalliy superkompyuterlarga qaraganda arzonroq, kengaytiriladigan va tezroq yangilanadi. Bulutli HPC arxitekturalari biznes ehtiyojlariga qarab kengayishi, moslashishi va qisqarishi mumkin.

SUSE Linux Enterprise High Performance Computing tashkilotlarga HPC hisoblari va maʼlumotlarni koʻp talab qiladigan operatsiyalar uchun mavjud apparat vositalaridan foydalanish imkonini beradi.

Ketma-ket va parallel ishlov berish Seriya va parallel o'rtasidagi farq nima? Oddiy kompyuter bir vaqtning o'zida bir ishni bajaradi, shuning uchun u aniq bir qator operatsiyalarni bajaradi; Bu ketma-ket ishlov berish deb ataladi. Bu xuddi oziq-ovqat do‘konidagi kassada o‘tirib, konveyerdan narsalarni olib, skanerdan o‘tkazib, so‘ng sumkalaringizga joylash uchun uzatayotgan odamga o‘xshaydi. Kamarga narsalarni qanchalik tez yuklashingiz yoki ularni qanchalik tez qadoqlashingiz muhim emas: xaridingizni tekshirish tezligi to'liq operatorning narsalarni skanerlashi va qayta ishlash tezligiga bog'liq bo'ladi, bu har doim bittadan iborat. vaqt. (Kompyuterlar ilk paydo bo'lganidan beri, ko'pchilik Tyuring mashinasi deb nomlangan asosiy nazariy dizayndan ilhomlanib, dastlab Alan Turing tomonidan ishlab chiqilgan oddiy, ketma-ket ishlov berish orqali ishlagan.)

Oddiy zamonaviy superkompyuter muammolarni bo'laklarga bo'lish va bir vaqtning o'zida bir nechta qismlar ustida ishlash orqali ancha tez ishlaydi, bunga parallel ishlov berish deyiladi. Bu kassaga tovarlar bilan to'la ulkan arava bilan kelganga o'xshaydi, lekin keyin narsalarni bir nechta turli xil do'stlar o'rtasida taqsimlash. Har bir do'st bir nechta narsalar bilan alohida kassadan o'tishi va alohida to'lashi mumkin. Hammangiz to'laganingizdan so'ng, siz yana yig'ilib, aravani yuklashingiz va ketishingiz mumkin. Qanchalik ko'p narsalar va do'stlaringiz bo'lsa, u parallel ishlov berish orqali ishlarni tezroq bajaradi - hech bo'lmaganda, nazariy jihatdan. Parallel ishlov berish bizning miyamizda sodir bo'ladigan narsaga o'xshaydi.

Nima uchun superkompyuterlar parallel ishlov berishdan foydalanadilar? Ko'pchiligimiz kompyuterlarimiz bilan hech qanday soliq solinmaydigan juda ahamiyatsiz, kundalik ishlarni qilamiz: veb-sahifalarni ko'rish, elektron pochta xabarlarini jo'natish va hujjatlarni yozish odatiy kompyuterda ishlov berish quvvatidan juda kam foydalanadi. Ammo, agar siz juda katta raqamli fotosuratdagi ranglarni oʻzgartirish kabi murakkabroq narsani qilishga harakat qilsangiz, kompyuteringiz vaqti-vaqti bilan biror ishni bajarish uchun koʻp mehnat qilishi kerakligini bilib olasiz: buni amalga oshirish uchun bir daqiqa yoki undan koʻproq vaqt ketishi mumkin. juda katta raqamli fotosuratlarda murakkab operatsiyalar. Agar siz kompyuter oʻyinlarini oʻynasangiz, sizga tez protsessorli chip va juda koʻp “ishchi xotira” (RAM)li kompyuter kerakligini yoki ish haqiqatan ham sekinlashishini bilib olasiz. Tezroq protsessor qo'shing yoki xotirani ikki baravar oshiring, shunda kompyuteringiz tezlashadi, lekin u qanchalik tez ishlashiga hali ham cheklov bor: bitta protsessor bir vaqtning o'zida faqat bitta ishni bajarishi mumkin.

Aytaylik, siz ob-havoni bashorat qilish, saraton kasalligiga qarshi yangi dorini sinovdan o‘tkazish yoki 2050-yilda iqlim qanday bo‘lishini modellashtirish bilan shug‘ullanuvchi olimsiz. Bunday muammolar hatto dunyodagi eng yaxshi kompyuterlarni ham cheklab qo‘yadi.

Xuddi yaxshi protsessor va ko'proq xotiraga ega ish stoli kompyuterini yangilashingiz mumkin bo'lganidek, jahon darajasidagi kompyuter bilan ham shunday qilishingiz mumkin. Ammo protsessor qanchalik tez ishlashiga hali ham cheklov bor va faqat ko'proq xotira katta farq qiladi. Farq qilishning eng yaxshi usuli - parallel ishlov berishdan foydalanish: ko'proq protsessorlar qo'shing, muammoingizni bo'laklarga bo'ling va har bir protsessor muammoning alohida bo'limida parallel ravishda ishlashini ta'minlang.

Ko'pgina superkompyuterlar sizning shaxsiy shaxsiy kompyuteringizda ishlaydiganlarga o'xshab juda oddiy operatsion tizimlarda ishlashini bilib hayron bo'lishingiz mumkin, garchi ko'plab zamonaviy superkompyuterlar aslida tayyor kompyuterlar yoki ish stantsiyalari klasterlari ekanligini eslasak, bu ajablanarli emas. Ilgari eng keng tarqalgan superkompyuter operatsion tizimi Unix boʻlgan, ammo hozir uning oʻrnini Linux (Ochiq manbali, Unix-ga oʻxshash operatsion tizim dastlab Linus Torvalds va minglab koʻngillilar tomonidan ishlab chiqilgan) egalladi. Superkompyuterlar odatda ilmiy muammolar ustida ishlaganligi sababli, ularning amaliy dasturlari baʼzan Fortran kabi anʼanaviy ilmiy dasturlash tillarida hamda C va C++ kabi mashhurroq, zamonaviyroq tillarda yoziladi.

Superkompyuterlar aslida nima qiladi?
Foto: Superkompyuterlar bizga eng murakkab ilmiy muammolarni, jumladan, Yer iqlimini modellashtirishda yordam beradi. Rasm Commonsda NASA tomonidan taqdim etilgan.

Maqolaning boshida ko‘rganimizdek, kompyuterning muhim xususiyatlaridan biri shundaki, u turli xil usullarda foydalanishingiz mumkin bo‘lgan umumiy maqsadli mashinadir: siz kompyuterda elektron pochta xabarlarini yuborishingiz, o‘yin o‘ynashingiz, rasmlarni tahrirlashingiz yoki turli xil ishlarni bajarishingiz mumkin. boshqa dasturni ishga tushirish orqali har qanday boshqa narsalar. Agar siz Android telefoni, iPhone yoki iPod Touch kabi yuqori darajadagi mobil telefondan foydalanayotgan bo'lsangiz, sizda oddiygina kompyuter bo'lgan turli "ilovalar" (ilovalar) yuklash orqali dasturlarni ishga tushiradigan kuchli cho'ntak kompyuteringiz bor. boshqa nomdagi dasturlar. Superkompyuterlar biroz farq qiladi. Odatda superkompyuterlar murakkab, matematik jihatdan intensiv ilmiy muammolar, jumladan, yadroviy raketa sinovlarini taqlid qilish, ob-havoni bashorat qilish, iqlimni simulyatsiya qilish va shifrlash quvvatini (kompyuter xavfsizlik kodlari) sinab ko‘rishda foydalanilgan. Nazariy jihatdan, umumiy maqsadli superkompyuterdan mutlaqo hamma narsa uchun foydalanish mumkin.

Ba'zi superkompyuterlar turli xil ilmiy muammolarni hal qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan umumiy maqsadli mashinalar bo'lsa-da, ba'zilari juda aniq ishlarni bajarish uchun mo'ljallangan. So'nggi paytlarning ikkita eng mashhur superkompyuterlari shu tarzda yaratilgan. 1997-yilda ishlab chiqarilgan IBM Deep Blue mashinasi shaxmat o‘ynash uchun maxsus ishlab chiqilgan (rossiyalik grossmeyster Gari Kasparovga qarshi), uning keyingi Watson mashinasi (IBM asoschisi Tomas Uotson va uning o‘g‘li nomi bilan atalgan) Jeopardy o‘yinini o‘ynash uchun yaratilgan. Bu kabi maxsus ishlab chiqilgan mashinalar muayyan muammolar uchun optimallashtirilishi mumkin; Shunday qilib, masalan, Deep Blue shaxmatning potentsial harakatlarining ulkan ma'lumotlar bazalarini qidirish va muayyan vaziyatda qaysi harakat eng yaxshi ekanligini baholash uchun mo'ljallangan bo'lardi, Uotson esa (tabiiy) inson tilida ifodalangan murakkab umumiy bilimlarni tahlil qilish uchun optimallashtirilgan.