В пятом поколении ЭВМ предполагалось применить многопроцессорную машину параллельной архитектуры. Принцип работы одного из вариантов суперкомпьютера такой архитектуры – системы потока данных – иллюстрируется на схеме, составленной директором лаборатории вычислительной техники Массачусетского технологического института М.Л.Дертузосом (рис.12 ).
Рис. 11. Модель Дж.фон Неймана: однопроцессорный компьютер.
Рис. 12. Многопроцессорный компьютер параллельной архитектуры.
Особенностью этой системы является наличие нескольких комбинаций процессора и оперативной памяти, каналов "потока данных" и коммутационной сети между ними. Появляющиеся возможности технической реализации такой системы обеспечивает одновременность выполнения операций и ускорение процесса вычисления. Для наглядности схема воспроизводит тот же простой пример сложения четырех чисел, каждое из которых как бы помещено в тележку, движущуюся по рельсам.
В системе потока данных на схеме каждая из четырех комбинаций процессора и памяти присваивает числу (внутри тележки) направление (на флажке сбоку). Тележки движутся по коммутационной сети как на железнодорожных стрелках. Сеть начинает операции, направляя 3 и 15 в А, а 4 и 21 в Б, где они и помещаются в соответствующие оперативные памяти. (Таким образом, комбинации памяти и процессора В и Г в вычислениях участвовать не будут}. За первый такт программы в памяти А и Б предписывают соответствующим процессорам сложить числа и получить результаты, 18 и 25. Эти числа направляются коммутационной сетью в А. (Память, процессор иканал потока данных Б больше не потребуются). За второй такт, попав снова в процессор А, числа 18 и 25 складываются, образуя ответ 43.
Таким образом, имея 4 процессора, можно одновременно сложить 8 чисел за 3 такта или, другими словами, скорость вычислений в такой системе теоретически возрастает как экспонента к числу процессоров. ЭВМ Крэй-2 (США) имел четыре процессора, Крэй-3 – шестнадцать, а в Манчестерском университете проектировалась вычислительная машина с 256 процессорами. При этом, разумеется, изменение типа архитектуры было не единственным способом совершенствования компьютеров на пути к пятому поколению, а описанная модель их новой архитектуры являлся лишь одним из возможных вариантов.
Впервые идею о построении многопроцессорной ЭВМ высказали советские ученые в середине 70-х годов. Академик В. М. Глушков в одной из последних своих бесед, будучи уже тяжело больным, предложил принцип вычислений на ЭВМ, который он назвал "макроконвейерным". Он уподобил работу обычного однопроцессорного компьютера заводскому конвейеру. Макроконвейер может быть организован так, что несколько заводов кооперируются, изготавливая на своих конвейерах разные детали, которые затем собираются в готовое изделие. Точно так же, по его мнению, можно решать сложную вычислительную задачу параллельно на нескольких процессорах, если один из них обеспечивает управление остальными. Эта идея сейчас успешно реализуется.
Характеризуя пятое поколение компьютеров, обычно говорят об их быстродействии в сотни миллиардов операций в секунду и объеме памяти в миллиарды байт, о том, что они воспринимают и выдают информацию в форме устной речи, распознают и отождествляют трехмерные цветные изображения, моделируют рассуждения специалистов в узких предметных областях. Какое же конкретное применение находят эти машины в жизни?
Большинство зарубежных специалистов считает, что самыми распространенными сферами использования компьютеров нового поколения являются промышленное производство и делопроизводство, наука и техника, конструирование и программирование вычислительных машин, авиация и космонавтика, военное дело, сфера торговли и услуг, образование, здравоохранение, искусство и культура. Значительная часть необходимых технических и программных средств уже создана и работает в промышленном режиме. Для массового их производства и внедрения требуются экономичные технологии и серьезные мероприятия по подготовке пользователей.
В промышленности компьютеры нового поколения позволяют создать полностью автоматизированные производства, управление которыми централизовано и осуществляется на уровне заданий по ассортименту, количеству и качеству изделий. В делопроизводстве интегрируется хранение, поиск и распространение служебной документации с организационным управлением и средствами коммуникации. Получают распространение телеконференции.
В науке, технике, медицине, авиации, торговле и сфере услуг повышается эффективность справочно-информационных систем, которые позволяют абонентам на рабочем месте перерабатывать в нужном аспекте полученную информацию. Экспертные и особенно диагностические системы достигают в этих сферах высокой степени интеллектуализации и занимают важное место в структуре трудовой деятельности ученых, инженеров, врачей и специалистов многих других отраслей народного хозяйства.
Образование и игры составляют особую сферу применения компьютеров, особенно персональных, на которую в настоящее время падает значительная доля их сбыта. Важную роль здесь играет совмещение цветного и объемного изображения со звуком и возможностью манипулировать текстом. Учебный процесс становится активным и динамичным. Каждый может преобразовать учебник под свои нужды. Сведения сообщаются не только в виде текста, но могут иллюстрироваться изображениями процессов и сопровождающих их звуков. Обучение сочетается с творчеством, отдых с просвещением. Вы можете, не выходя из дома, совершать путешествия, посещать музеи, обучаться вождению автомобиля, самолета, космического корабля и т. п.