Lecturer 陈建海 Date 2022.6.27

超算比赛与高性能计算

超算比赛

ASC（中国）、ISC（欧洲）、SC（国际）

高性能计算

High Performance Computing, HPC

高性能计算

• 并行计算
  • 多处理机
• 分布式计算
  • 研究组件的异构性、开放性、安全性和可伸缩性、并发性、透明性及故障处理
• 集群计算
  • 基于并行系统和网络的
  • 目前性价比最好的系统
  • 以高速网络连接起来的高性能工作站或微机组成

• 云计算

  HPC 发展

• 向量机 PVP

• 对称多处理机 SMP
• 大规模并行处理机 MPP

• 集群计算机

  计算机概述

  现代计算机模型 冯 · 诺伊曼计算机

  

  计算机系统

• 硬件系统

• 软件系统

  编码

• ASCII 码

• Unicode 编码
• 汉字编码 GBK
  • 输入码、交换码、机内码
  • 汉字的存储与字库
    • 矢量化
    • 点阵图形

• 多媒体数据

  • 图形与图像
    • 位图 / 光栅图
    • 矢量图
  • 音频
  • 视频

    操作系统

    定义

    操作系统是计算机硬件与其他软件之间的接口，能有效地对计算机软件、硬件资源进行管理和使用，使用户能方便地操作计算机。

    类型

• 实时系统

• 单用户单任务系统
• 单用户多任务系统
  • Windows
  • Mac OS
• 多用户多任务系统
  • Windows 服务器版
• 分布式系统
  • 集群、网络
  • 云计算

• 并行系统

  • 要解决负载均衡（Load Balancing）问题和缩放问题

    结构

• 内核（Kernel）

• 外壳（Shell）
  • 会话式输入
  • 命令文件输入

    功能

    进程管理

    进程（Process）指正在执行中的程序

进程管理最重要的任务是 进程调度 ，其目的就是有效管理并防止死锁
:::warning 死锁
多个进程同时占有对方需要的资源二同时请求对方的资源，而它们在得到请求之前不会释放所占有的资源
发生死锁会导致系统处于无效等待状态
:::

线程

进程概念的延申。

如果程序可以被分解为多个进程共同完成的任务，那么被分解的进程就称为线程，也叫轻量级进程（Light Weight Process）。

存储器管理

存储器管理器（Memory Manage Unit, MMU）
负责调度内存、监控内存运行状态，还负责管理内存、外存之间的数据交换

内存管理

内存资源的合理分配和使用 :::warning 虚拟内存
在磁盘上开辟一个比内存要大的空间（Windows 建议位 1.5 倍）
解决内存不足的问题
好处

• 可在较小的可用内存中执行较大的用户程序
• 可在内存中容纳更多程序并发执行
• 不影响编程的程序结构 :::

  设备管理

  :::warning 设备分类
  块设备 存放在固定长度的块中，如磁盘、激光打印机
  字符设备 以字符为单位发送或接受字符流，如键盘、鼠标 ::: :::warning I / O 服务
  设备调度
  缓冲区
  错误处理 ::: :::warning 驱动程序 Driver
  OS 不直接操作设备，而是通过驱动程序操作设备的
  设备驱动程序（Device Driver）
  一组接口，可以被操作系统和其他软件调用 :::

  文件管理

  文件系统

  FAT、NTFS、ext2、ext3、ext4

命名文件

扩展名与通配符

文件存取

顺序存取
随机存取

• 查找方法 索引、哈希、二分

  存储结构

  簇 cluster 相邻的磁道和扇区组成扇区组

一个扇区或一个簇当作一个存储单位

计算机网络

通信介质 / 传输媒体 / 传输媒介

导引型

双绞线、RJ-45、同轴电缆、光纤

非导引型（无线传输）

传输速率和带宽

bps (bit per second)

TCP/IP 协议