电脑系统

电脑系统是一组硬件和软件，形成单一环境，旨在解决信息处理（计算）问题。

最初，通用电脑系统是在单处理器计算机的基础上创建的，以提高其性能。在第一台计算机中，处理器本身控制输入和输出操作。然而，外部设备的速度明显低于处理器的速度，因此处理器在 I/O 操作期间基本上处于空闲状态。为了平衡他们的工作，在 20 世纪 50 年代末和 1960 年代初。计算机开始配备独立的输入输出处理器，用于 并行执行计算和数据交换操作，随后出现了“电脑系统”一词。

与单处理器计算机相比，电脑系统的主要优点是：由于问题解决过程的静态或动态并行化（例如，在不同处理器上执行问题的各个部分），生产率显着提高；装载更完整，提高设备使用效率；提高系统可靠性等现代微处理器元件的集成度和性能不断提高，其高可靠性和相对便宜使得通过组合所需数量的微处理器和组织并行数据处理来构建计算机系统成为可能。计算中的并行性使得计算过程的管理以及硬件和软件资源的分配变得非常复杂。因此，电脑系统中的重要角色开始被分配给操作系统，它执行规划计算过程和分配资源（ RAM和外部存储器、处理器、外围设备等）以及优化编译器的功能。来自 高级语言，允许最大可能地利用微处理器的体系结构功能。交换系统在实现电脑系统的高效率方面发挥着重要作用，它将处理器相互连接或连接到 RAM 模块。通常，为此使用公共总线，处理器和内存模块连接到该公共总线。在由多个处理器组成的电脑系统中，通常使用矩阵开关以及通信拓扑——环形、星形等。当组合大量处理器时，使用更复杂的通信拓扑——环面、超立方体等。

现代电脑系统在功能和特性方面彼此差异很大，这决定了电脑系统分类的各种特性（例如，计算机或处理器的类型和数量、系统架构、操作模式、管理方法、系统元素）。因此，电脑系统可以是可分离的（包括能够彼此独立操作的多个计算机）和不可分离的（或多处理器，由多个处理器组成，每个处理器只能作为电脑系统的一部分执行其功能）。一种不可分离的电脑系统是集群，由多个互连的计算机组成，这些计算机位于单个机箱中或通过高速通信通道连接。

同构电脑系统是建立在相同类型的处理器或计算机的基础上的，而异构电脑系统是由不同类型的计算机或处理器组成的。存在多机器和多处理器电脑系统。在多机电脑系统中，每个处理器都有自己的本地RAM，并且通常在其自己的操作系统的控制下工作，而在多处理器电脑系统中，处理器在单个操作系统的控制下使用共享RAM工作。并行电脑系统也有几类：SMP（来自英语 Symmetric MultiProcessing - 对称多处理器数据处理 - 一组处理器与共享内存一起工作）、MPP（来自英语 Massively Parallel Processing - 具有大规模并行性的电脑系统 - 处理器、其数量实际上是无限的，每个都使用自己的内存），NUMA（来自英语非统一内存访问 - 一种结合了 SMP 和 MPP 类属性的中间架构）。如果一个计算机系统除了数字计算机之外还包括模拟计算机，那么它就属于混合电脑系统。这些电脑系统通常用于对复杂系统、动态过程等进行建模，例如，用于开发油气田的地质和技术模型以及飞机飞行控制系统。

1966年，M. Flynn（美国）提出根据命令流和数据流的数量对计算机系统进行分类。在他的分类中， Flynn 确定了 4 个类别： SISD（来自英语 SingleInstructionstream/SingleDatastream - 一个命令流/一个数据流），其中包括具有单个处理器的系统； SIMD（源自英文SingleInstructionstream/MultipleDatastream——一个命令流/多个数据流），包括同构向量和矩阵电脑系统； MISD（源自英文MultipleInstructionstream/SingleDatastream——多个命令流/一个数据流）； MIMD（来自英语“多指令流/多数据流 - 许多命令流/许多数据流”），其中每个处理器根据自己的程序和自己的数据工作。这种分类仍然相关，但它不允许对所有类型的电脑系统（例如流）进行足够完整和准确的描述，因此继续尝试更准确地系统化整个各种电脑系统。例如，Bazu 分类（美国，1987 年）基于设计计算机系统时做出的决策的顺序定义：并行性级别（数据、命令或任务）、实现算法的方法（硬件或软件）、方法命令并行执行的方法（流水线或同时独立），以及管理命令执行过程的方法（同步或异步）。还有其他对电脑系统进行分类的尝试。计电脑统发展的重要里程碑是ILLIAC IV（1974年投入使用；64个处理器的矩阵电脑系统）、矢量管道Cray-1（1976年，美国）、Cyber​​ 205（1981年，美国）等系统的创建）、Cray C90（1991 年，美国）、大规模并行电脑系统 Connection Machine-1（通过超立方体连接的 65,536 个单位处理器，1985 年）、Cray T3E（1995 年）等。PS-2000 电脑系统于苏联和俄罗斯（自1981年开始制造）和PS-3000（1984-1987年生产），多处理器计算机复合体“Elbrus”（“Elbrus-1”1980年，“Elbrus-2”1985年）。

全球最快的电脑系统出现在500 强排行榜中。