1. Розвиток апаратного забезпечення
2. Сучасні інфраструктурні рішення
3. Поява блейд-систем

Анотація: У даній лекції розглядаються основні етапи розвитку апаратного і програмного забезпечення. Проводиться невеликий історичний огляд. Розглядаються основні сучасні тенденції розвитку апаратного забезпечення, основні вимоги до інфраструктури. Розглядаються сучасні тенденції розвитку інфраструктурних рішень, які привели до появи концепції хмарних обчислень

Практику до даного курсу Ви можете завантажити тут .

Метою даної лекції є знайомство з основними етапами розвитку обчислювальної техніки. Аналіз сучасних тенденцій розвитку апаратного забезпечення, що призвели до появи технологій хмарних обчислень.

Розвиток апаратного забезпечення

Для того, щоб зрозуміти, як з'явилися "хмарні" обчислення, необхідно представляти основні моменти процесу розвитку обчислень і обчислювальної техніки.

В наш час життя без комп'ютерів є неможливою. Впровадження обчислювальної техніки проникло майже в усі життєві аспекти, як особисті, так і професійні. Розвиток комп'ютерів було досить швидким. Початком еволюційного розвитку комп'ютерів став 1930 рік, коли двоичная арифметика була розроблена і стала основою комп'ютерних обчислень і мов програмування. У 1939 році були винайдені електронно-обчислювальні машини, які виконують обчислення в цифровому вигляді. Поява обчислювальних пристроїв доводиться на 1942 рік, коли було винайдено пристрій, який міг механічно додавати числа. Обчислення проводилися з використанням електронних ламп.

Розгромна замовна стаття в 1941 році модель Z3 Конрада Цузе в німецькій Лабораторії Авіації в Берліні була одним з найбільш значних подій в розвитку комп'ютерів, тому що ця машина підтримувала обчислення як з плаваючою точкою, так і двійкову арифметику. Це пристрій розглядають як найперший комп'ютер, який був повністю працездатним. Мова програмування вважають "Turing-complete", якщо він потрапляє в той же самий обчислювальний клас, як машина Тьюринга.

Перше покоління сучасних комп'ютерів з'явилося в 1943, коли були розроблені Марк I і машина Колос. З фінансовою підтримкою від IBM (International Business Machines Corporation) Марк був сконструйований і розроблений в Гарвардському університеті. Це був електромеханічний програмований комп'ютер загального призначення. Перше покоління комп'ютерів було побудовано з використанням з'єднаних проводів і електронних ламп (термоелектронних ламп). Дані зберігалися на паперових перфокартах. Колос використовувався під час Другої світової війни, щоб допомогти розшифрувати зашифровані повідомлення.

Щоб виконати його завдання розшифровки, Колос порівняв два потоки даних, прочитаних на високій швидкості з перфострічки. Колос оцінював потік даних, вважаючи кожне збіг, яке було виявлено, грунтуючись на програмованої Булевой функції. Для порівняння з іншими даними був створений окремий потік.

Інший комп'ютер загального призначення цієї ери був ENIAC (Електронний Числовий Інтегратор і Комп'ютер), який був побудований в 1946. Він був першим комп'ютером, здатним до перепрограмування, щоб вирішувати повний спектр обчислювальних проблем. ENIAC містив 18 000 термоелектронних ламп, він важив більше ніж 27 тонн, і споживав електроенергії 25 кіловат на годину. ENIAC виконував 100 000 обчислень в секунду. Винахід транзистора означало, що неефективні термоелектронні лампи могли бути замінені більш дрібними і надійними компонентами. Це було наступним головним кроком в історії обчислень.

Комп'ютери Transistorized відзначили появу другого покоління комп'ютерів, які домінували в кінці 1950-их і на початку 1960-их. Незважаючи на використання транзисторів і друкованих схем, ці комп'ютери були всі ще більшими і дорогими. В основному вони використовувалися університетами та урядом. Інтегральна схема або чіп були розвинені Джеком Кілбі. Завдяки цьому досягненню він отримав Нобелівську премію з фізики в 2000 році.

Винахід Кілбі викликало вибух у розвитку комп'ютерів третього покоління. Навіть при тому, що перша інтегральна схема була проведена у вересні 1958 чіпи не використовувалися в комп'ютерах до 1963. Історію мейнфреймів - прийнято відраховувати з появи в 1964 році універсальної комп'ютерної системи IBM System / 360, на розробку якої корпорація IBM затратила 5 млрд доларів.

Мейнфрейм - це головний комп'ютер обчислювального центру з великим об'ємом внутрішньої і зовнішньої пам'яті. Він призначений для завдань, що вимагають складних обчислювальних операцій. Сам термін "мейнфрейм" походить від назви типових процесорних стійок цієї системи. У 1960-х - початку 1980-х років System / 360 була беззаперечним лідером на ринку. Її клони випускалися в багатьох країнах, в тому числі - в СРСР (серія ЄС ЕОМ). У той час такі мейнфрейми, як IBM 360 збільшили здатності зберігання і обробки, інтегральні схеми дозволяли розробляти мінікомп'ютери, що дозволило великій кількості маленьких компаній виробляти обчислення. Інтеграція високого рівня діодних схем привела до розвитку дуже маленьких обчислювальних одиниць, що призвело до наступного кроку розвитку обчислень.

У листопада 1971 Intel випустили перший в світі комерційний мікропроцесор, Intel 4004. Це був перший повний центральний процесор на одному чіпі і став першим комерційно доступним мікропроцесором. Це було можливо через розвиток нової технології кремнієвого керуючого електрода. Це дозволило інженерам об'єднати на багато більше число транзисторів на чіпі, який виконував би обчислення на невеликій швидкості. Ця розробка сприяла появі комп'ютерних платформ четвертого покоління.

Комп'ютери четвертого покоління, які розвивалися в цей час, використовували мікропроцесор, який поміщає здатності комп'ютерної обробки на єдиному чіпі. Комбінуючи пам'ять довільного доступу (RAM), розроблену Intel, комп'ютери четвертого покоління були швидше, ніж будь-коли раніше і займали на багато меншу площу. Процесори Intel 4004 були здатні виконувати всього 60 000 інструкцій в секунду. Мікропроцесори, які розвинулися з Intel 4004 дозволені виробниками, стали базою для початку розвитку персональних комп'ютерів, маленьких досить дешевих, щоб бути купленими широкою публікою. Першим комерційно доступним персональним комп'ютером був MITS Altair 8800, випущений в кінці 1974. У подальшому були випущені такі персональні комп'ютери, як Apple I і II, Commodore PET, VIC -20, Commodore 64, і, в кінцевому рахунку, оригінальний IBM -PC в 1981. Ера PC почалася всерйоз до середини 1980-их. Протягом цього часу IBM -PC, Commodore Amiga і Atari ST були найпоширенішими платформами PC, доступними громадськості. Навіть при тому, що мікровичіслітельная потужність і пам'ять збільшилися на багато порядків, починаючи з винаходу з Intel 4004 процесорів, технології чіпів інтеграції високого рівня (LSI) або інтеграція надвисокого рівня (VLSI) сильно не змінилися. Тому більшість сьогоднішніх комп'ютерів все ще потрапляє в категорію комп'ютерів четвертого покоління.

Одночасно з різким зростанням виробництва персональних комп'ютерів на початку 1990-х почалася криза ринку мейнфреймів, пік якого припав на 1993 рік. Багато аналітиків заговорили про повну вимирання мейнфреймів, про перехід від централізованої обробки інформації до розподіленої (за допомогою персональних комп'ютерів, об'єднаних дворівневої архітектурою "клієнт-сервер"). Багато стали сприймати мейнфрейми як вчорашній день обчислювальної техніки, вважаючи Unix- і PC-сервери більш сучасними і перспективними.

C 1994 року знову почалося зростання інтересу до мейнфреймам. Справа в тому, що, як показала практика, централізована обробка на основі мейнфреймів вирішує багато завдань побудови інформаційних систем масштабу підприємства простіше і дешевше, ніж розподілена. Багато з ідей, закладених в концепції хмарних обчислень також "повертають" нас до епохи мейнфреймів, зрозуміло з поправкою на час. Ще шість років тому в бесіді з Джоном Менлі, одним з провідних наукових співробітників центру досліджень і розробок HP в Брістолі, обговорювалася тема хмарних обчислень, і Джон звернув увагу на те, що основні ідеї cloud computing до болю нагадують мейнфрейми, тільки на іншому технічному рівні : "Все йде від мейнфреймів. Мейнфрейми навчили нас тому, як в одному середовищі можна ізолювати додатки, - вміння, критично важливе сьогодні".

Сучасні інфраструктурні рішення

З кожним роком вимоги бізнесу до безперервності надання сервісів зростають, а на застарілому обладнанні забезпечити безперебійне функціонування практично неможливо. У зв'язку з цим найбільші ІТ-вендори виробляють та впроваджують більш функціональні і надійні апаратні і програмні рішення. Розглянемо основні тенденції розвитку інфраструктурних рішень, які, так чи інакше, сприяли появі концепції хмарних обчислень.

• Зростання продуктивності комп'ютерів. Поява багатопроцесорних і багатоядерних обчислювальних систем, розвиток блейд-систем
• Поява систем і мереж зберігання даних
• консолідація інфраструктури

Поява блейд-систем

В процесі розвитку засобів обчислювальної техніки завжди існував великий клас завдань, що вимагають високої концентрації обчислювальних засобів. До них можна віднести, наприклад складні ресурсомісткі обчислення (наукові завдання, математичне моделювання), а так само завдання з обслуговування великого числа користувачів (розподілені бази даних, Інтернет-сервіси, хостинг).

Не так давно (близько 5-ти років тому) виробники процесорів досягли розумного обмеження нарощування потужності процесора, при якому його продуктивність дуже висока при відносно низькій вартості. При подальшому збільшенні потужності процесора, необхідно було вдаватися до нетрадиційних методів охолодження процесорів, що досить незручно і дорого. Виявилося, що для збільшення потужності обчислювального центру більш ефективно збільшити кількість окремих обчислювальних модулів, а не їх продуктивність. Це призвело до появи багатопроцесорних, а пізніше і багатоядерних обчислювальних систем. З'являються багатопроцесорні системи, які налічують понад 4 процесорів. На поточний момент існують процесори з кількістю ядер 8 і більше, кожне з яких еквівалентно по продуктивності. Збільшується кількість слотів для підключення модулів оперативної пам'яті, а також їх ємність і швидкість.

Збільшення числа обчислювальних модулів в обчислювальному центрі вимагає нових підходів до розміщення серверів, а також призводить до зростання витрат на приміщення для центрів обробки даних, їх електроживлення, охолодження і обслуговування.

Для вирішення цих проблем було створено новий тип серверів XXI століття - модульні, частіше звані Blade-серверами, або серверами-лезами (blade - лезо). Переваги Blade-серверів, перші моделі яких були розроблені в 2001 р виробники описують за допомогою правила "1234". "У порівнянні зі звичайними серверами при порівнянній продуктивності Blade-сервери займають в два рази менше місця, споживають в три рази менше енергії і обходяться в чотири рази дешевше".

Що являє собою Blade-сервер? За визначенням, яке аналітичної компанії IDC Blade-сервер або лезо - це модульна одноплатні комп'ютерна система, що включає процесор і пам'ять. Леза вставляються в спеціальне шасі з об'єднавчої панеллю (backplane), що забезпечує їм підключення до мережі і подачу електроживлення. Це шасі з лезами, є Blade-системою. Воно виконане в конструктиві для установки в стандартну 19-дюймову стійку і в залежності від моделі та виробника, займає в ній 3U, 6U або 10U (один U - unit, або монтажна одиниця, дорівнює 1,75 дюйма). За рахунок загального використання таких компонентів, як джерела живлення, мережеві карти і жорсткі диски, Blade-сервери забезпечують більш високу щільність розміщення обчислювальної потужності в стійці в порівнянні зі звичайними тонкими серверами заввишки 1U і 2U.

Технологія блейд-систем запозичує деякі риси мейнфреймів. В даний час лідером у виробництві блейд-систем є компанії Hewlett-Packard, IBM, Dell, Fujitsu Siemens Computers, Sun.