電子計算機概論

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zoom RSS 10月19日の課題

<<   作成日時 : 2006/10/19 16:31   >>

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(1)スーパーコンピュータ
(2)パイプライン処理
(3)ベクトル処理
(4)マルチCPU


(1)スーパーコンピューター
 大規模な科学技術計算に用いられる超高性能コンピュータのことです。その時点での最先端の技術を結集して開発され、価格も性能も他のコンピュータとは比べ物にならないほど高い物です。
 原子力、自動車、船舶、航空機、高層ビルなどの分野で設計やシミュレーションに使われ、近年では分子設計や遺伝子解析などバイオ、化学分野での導入も活発になっています。大学や研究機関で使われることが多いですが、一般企業でも導入が進んでいます。
 科学技術分野で頻繁に使われる行列計算などの大量の繰り返し演算を高速化するため、ベクトルプロセッサと呼ばれる特殊な演算装置を用いて並列処理を行なう方式が主流でありましたが、パソコンなど小型のコンピュータ向けのマイクロプロセッサの飛躍的な性能向上と低価格化を受けて、近年では多数のマイクロプロセッサを接続して並列に動作させるMPP方式のスーパーコンピュータが増えています。

(2)パイプライン処理
 マイクロプロセッサ(MPU)の高速化手法の一つの事です。
 プロセッサ内での1つの命令を処理は、命令の読み込み、解釈、実行、結果の書き込みなどのように、複数の段階からなるサイクルで構成されています。通常は、前の命令のサイクルが完全に終わらないと、次の命令を処理し始めることはできません。
 各段階の処理機構を独立して動作させることにより、流れ作業的に、前の命令のサイクルが終わる前に次の命令を処理し始めるのがパイプライン処理です。工場の流れ作業で使うベルトコンベヤのようなものだと言えます。
 パイプライン機構を備えたプロセッサでは、前の命令の実行を行なっているときに次の命令の解釈を行なうといった処理が可能になります。
 複数のパイプラインで並列に命令を処理できるようにする機構をスーパースカラといいます。パイプラインのうち段階数が多いものは「スーパーパイプライン」と呼ばれます(最も極端なパイプラインを持つPentium 4では特に「ハイパーパイプライン」を自称します)。

(3)ベクトル処理
 1〜3個の1次元配列データ(ベクトルと呼ぶ。配列の断面の場合も多い)の各要素に対する同一の演算(対応する要素ごとの和、積、定数培、内積など)を、パイプライン処理で高速に実行することをベクトル処理といい、ベクトル処理に基づく高速計算機をベクトル計算機と呼びます。1990年代半ばまではスーパーコンピュータといえばベクトル計算機を指しました。

(4)マルチCPU
 複数のCPUで設計されたコンピュータ・システムです。
 小規模のコンピュータでは,単一のCPUですべての処理を行うが、処理内容が複雑化すると、単一のCPUでは十分な速度で処理を実行することが困難になる。その対策の一つがマルチCPUです。
 マルチCPUシステムでは、たとえば一連の処理はその目的別にいくつかの処理に分けられます。各処理に一つのCPUを割り当てると、それぞれのCPUは割り当てられた処理だけを行えばよく、単一のCPUですべての処理を行う場合にくらべて処理速度が向上します。
 しかし、CPU間の処理速度がまちまちだと処理全体で見たときに不都合が起きる場合がありますので、各CPU間の処理速度のバランスをとるために新たに別のCPUを使用することがあります。

感想

 スーパーコンピュータという言葉だけは聞いたことがありましたが、実際どういったもので一般のコンピュータとどのように違っているのか分かりませんでした。
しかし、今回の先生の課題を聞いて課題をやったことにより、それらの疑問が解決しました。また、スーパーコンピュータの中にも色々な処理方法があって、それらの機能の工夫を知りとても感動しました。

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