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Arquitetura de ComputadoresArquitetura de Computadores

Computadores de grande porte: mainframes e supercomputadores

Prof. Marcos QuinetUniversidade Federal Fluminense – UFFPólo Universitário de Rio das Ostras - PURO

Quanto ao princípio de construção

Computador Analógico:

� Representa variáveis por meio de analogias físicas.� Trata-se de uma classe de computadores que resolve

problemas referentes à condições físicas, por meio dequantidades mecânicas ou elétricas, utilizando circuitosequivalentes como analogia ao fenômeno físico queestá sendo tratado.

� A informação é recebida e processada de um modocontínuo .

� A informação pode ser, por exemplo, um conjunto devalores de corrente elétrica, de temperatura ou develocidade.

Sistemas Computacionais – Classificação

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Computador Digital:

� Processa informações representadas por combinaçõesde dados discretos ou descontínuos.

� Mais especificamente: trata-se de um dispositivoprojetado para executar sequências de operaçõeslógicas e aritméticas.

� Estes computadores são bastante versáteis e por issosão muito mais utilizados do que os computadoresanalógicos.

� Normalmente, quando não é feita qualquer referência ànatureza do computador subentende-se que se trata deum computador digital .


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Quanto ao âmbito

Computadores de âmbito específico

� Computadores desenhados para desempenhar umconjunto muito reduzido de tarefas.

� Utilizados, por exemplo, no controle de mecanismosindustriais e em cálculos científicos.


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Computadores de âmbito geral

� Computadores capazes de desempenhar uma grandevariedade de tarefas, através da execução de umgrande número de programas.

� Classe de computadores bastante utilizados emescritórios, escolas e no uso residencial


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� Os computadores também podem ser classificadosquanto à utilização:

◦ Computador Científico - dirigido ao emprego em áreas decálculos e pesquisas científicas, nas quais são requeridosresultados de maior precisão e pequeno volume de entrada esaída de dados.

◦ Computador Comercial - constitui a grande maioria dosequipamentos utilizados nas empresas, caracteriza-se porpermitir o trato rápido e seguro de problemas que comportamgrande volume de entrada e saída de dados.

� A maioria dos fabricantes hoje dispõe de produtos – ditosde uso geral – que podem ser empregados tanto na áreacientífica quanto na área comercial.


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Quanto ao Porte

� Supercomputadores;� Mainframes;� Minicomputadores;� Estações de trabalho;� Computadores pessoais:

• Desktop;• Notebook;• Palmtop.


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Supercomputadores e Mainframes

• Os mainframes nasceram em 1946 e foram sendoaperfeiçoados. Em 7 de abril de 1964, a IBM apresentouo System/360, mainframe que, na época, foi o maiorprojeto de uma empresa. Desde então, outrasempresas, como a HP e a Burroughs (atual Unisys),lançaram seus modelos de mainframe. Existemmainframes em operação no mundo inteiro.

• Contemporâneos aos /360 da IBM foram os BurroughsB-200, B-300 e B-500 (de pequeno porte) e os B-5500(de grande porte).

• Posteriormente a IBM lançou a série /370, e a Burroughspor sua vez lançou as máquinas de terceira geração: B-3500 e B-6500, sucedidas pela série 700: B-3700 e B-6700.

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• No fim da década de 70, ao mesmo tempo que cresciamos sistemas destinados a grandes corporações,começaram a reduzir o tamanho de uma série dasmáquinas para chegar a clientes menores: a IBM lançouo /3 e a Burroughs a série B-1700 e posteriormente o B-700, máquinas de quarta geração, cujo software básicoera escrito em MIL (Micro Implemented Language) eSDL (Software Development Language). Foram asprimeiras máquinas Burroughs microprogramáveis, o quelhes dava uma flexibilidade ímpar. Essas máquinasmarcaram o início do uso de circuitos integrados comtecnologia TTL com integração em média escala (MSI).

• Hoje, segundo especialistas, há uma forte tendência decrescimento para este setor, inclusive com as novasversões do Cobol (principal linguagem usada nosMainframes) usando ambiente gráfico.

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• A distinção entre supercomputadores e mainframes nãoé clara e direta, mas geralmente falando, ossupercomputadores são utilizados na solução deproblemas em que o tempo de cálculo é um limite,enquanto os mainframes são utilizados em tarefas queexigem alta disponibilidade e envolvem alta taxa detransferência de dados (internos ou externos aosistema).

• Como consequência:• os supercomputadores são mais complexos do ponto de

vista do programador;

• os supercomputadores são otimizados para realização detarefas complicadas utilizando principalmente a memória,enquanto os mainframes são otimizados para realizartarefas que acessam grandes quantidades de informaçãooriunda de bases de dados;

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• as tarefas executadas pelos supercomputadores toleraminterrupções (por exemplo, cálculos de modelos de previsão deaquecimento global ou pesquisa acadêmica). Os mainframesexecutam tarefas que exigem alta disponibilidade, podendoexecutar serviços continuamente por anos (por exemplo,sistemas de emissão de passagens aéreas ou processamentode cartões de crédito);

• os supercomputadores são construídos para atender umafinalidade específica. Os mainframes são construídos pararealizar uma grande variedade de tarefas de execução diária;


� os mainframes suportam totalmente o software antigo (no casoda IBM, inclusive aplicações escritas na década de 60)convivendo com novas versões. No caso dossupercomputadores, a tendência é ignorar a compatibilidaderetroativa de software no projeto de novos sistemas;

� normalmente os supercomputadores são utilizados emaplicações científicas e militares, enquanto os mainframes sãovoltados a aplicações civis, sejam governamentais ouempresariais;

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Mainframes (Computadores de Grande Porte)

� São sistemas projetados para manusear considerávelvolume de dados e executar simultaneamente programasde uma grande quantidade de usuários.

� Utilizados por grandes empresas que necessitamarmazenar grande quantidade de informação e ter umacesso rápido à ela.

� Os usuários acessam o mainframe através de terminais.Um mainframe possui à ele conectado uma grandequantidade de terminais.

MainframesMainframes

� Ao contrário dos supercomputadores, são de âmbitoextenso, utilizadas em grandes organizações comobancos, companhias de seguros e centros deinvestigação.◦ Exemplos: Sistemas IBM 3090 e Control Data CDC

� Mainframes são projetados para sistemas demédio/grande porte, apresentando grande capacidadede processar quantidades de informações com rapideze solidez de até 1 Tflops* (um trilhão de cálculos porsegundo)

* sistemas IBM, dez/2008

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Mainframes também podem ser classificados deacordo com o tipo de terminal de acesso que utiliza:

� Terminal burro: todo o processamento é feito nomainframe. O terminal apenas é um meio de entradae visualização dos dados.

� Terminal inteligente: faz parte do processamento noterminal. Geralmente é um computador pessoal.

Mainframes CaracterísticasCaracterísticas básicasbásicas de um mainframede um mainframe

� Servidor Corporativo com grande capacidade paraprocessar transações.

� Plataforma de Hardware e Software com maior índice dedisponibilidade, segurança, escalabilidade e uso eficienteda energia.

� Considerado o servidor de grande porte e de missãocrítica.

� Plataforma mais estável conhecida no mercado, usadopor diversas empresas nos mais variados setores.

� Atende a milhões de usuários com 1 único servidor esistema operacional.

� O primeiro ambiente a fazer virtualização, a mais de 40anos.

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Mainframe Antigo

Cartão Perfurado

System IBM 3090 System IBM 3090 –– refrigeradorefrigerado a a águaágua

Mainframe Atual - IBM System z9-EC

• Até 54 Processadores (para aplicação)

• Até 512 Gb de memória

• Velocidade de Barramento até 172.8 Gb por segundo.

Alguns dados sobre Alguns dados sobre mainframesmainframes

� Os 25 maiores bancos do mundo possuem mainframe.� 23 dos 25 maiores varejistas mundiais também.� 9 das 10 maiores empresas seguradoras globais usam.� Os 7 maiores bancos brasileiros usam.� As 3 maiores empresas de telecomunicações do Brasil.� Os grandes datacenters brasileiros, públicos e privados

também.� Aplicações que rodam no mainframe no Brasil:

– Imposto de Renda, IPVA, Licenciamento, Contas de Telefone,Conta de Luz, Bilhetagem Eletrônica de Transportes, Folha dePagamento, Conta Corrente Bancária, Operações de Débito eCrédito, Jogos On-line, Sistemas de Controle de Vendas e muitosoutros.

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Computação de alto desempenhoComputação de alto desempenho

� Mainframes atendem aplicações comerciais de grandeporte

� Aplicações com necessidade de processamento superioraos equipamentos mais modernos

� Necessidade de resolver problemas matemáticos relativosa processos reais

◦ Ex.: aerodinâmica, sismologia, meteorologia, físicaatômica e nuclear, etc.

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ComputaçãoComputação dede altoalto desempenhodesempenho

� Problemas caracterizados por:◦ necessidade de alta precisão numérica;

◦ repetidas operações numéricas sobre em grandevetores de números;

◦ categoria conhecida como simulação de camposcontínuos.

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� Exemplo:◦ situações físicas podem ser descritas por uma

superfície ou região em 3D;

◦ tal superfície é aproximada por uma matriz de pontos;

◦ um conjunto de equações define o comportamentofísico da superfície em cada ponto;

◦ equações representadas como uma matriz decoeficientes e valores;

◦ operações sobre as matrizes soluciona o sistema deequações.

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� desenvolvimento dos supercomputadores;� Capacidade de processamento de

Gflops/Tflops;� custo típico: entre US$ 10 e 15 milhões;◦ Computador de grande porte: multiprogramação e

uso intensivo de E/S;

◦ Supercomputador: otimizados para computaçãonumérica.

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SupercomputadoresSupercomputadores

� Os supercomputadores são máquinas de grande porte ,capazes de processar grandes quantidades de informaçãoa uma velocidade bastante elevada.

� Estes computadores são de âmbito específico , realizandoum grupo de tarefas reduzido.

� Permite a execução das tarefas em menor tempo, atravésda execução em paralelo de diversas tarefas.

� O paralelismo pode ser obtido em diversos níveis, com ousem o uso de linguagens de programação paralelas.

� Arquiteturas de diversos tipos, elaboradas para aplicaçõesespecíficas, podem ser utilizadas para acelerar a execuçãodessas aplicações.

� Computadores com grande capacidade deprocessamento, extremamente rápidos, com cálculosque envolvem milhares de variáveis e equações emilhares de medidas- uso científico e militar – de 136a 160 T Flops.

� Utilizados principalmente no campo científico, nosquais se destacam as simulações.

� Outros exemplos de aplicação: previsão de tempo emodelagem tridimensional.

� Possuem um tamanho muito grande e necessitam decondições especiais de funcionamento.

� Exemplos : CRAY Y-MP e IBM 902122

Supercomputadores Supercomputadores –– características características geraisgerais

Supercomputadores Supercomputadores –– características características geraisgerais◦ Este termo é geralmente confundido com cluster — um

tipo de supercomputador criado a partir da cooperaçãode vários computadores convencionais.

◦ Os primeiros supercomputadores foram criados nadécada de 1960.

◦ O supercomputador japonês MDGrape-3 da Rikenpassa a ocupar a posição mais desejada de umsupercomputador, o primeiro lugar. O supercomputadoré resultado de uma parceria da Hitachi, da Intel e daNEC, e consegue atingir a marca de 1 petaflop. Paraatingir essa marca foram usados "apenas" 4.808processadores.

SupercomputadoresSupercomputadores –– característicascaracterísticasgeraisgerais◦ uso limitado;◦ mercado restrito;◦ comparativamente, poucas máquinas estão em

operação:� Centros de pesquisa, agências com fins

tecnológicos ou científicos.◦ constante evolução.

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Evolução dos SupercomputadoresEvolução dos Supercomputadores Exemplos de supercomputadoresExemplos de supercomputadores◦ MDGrape-3: em sua construção foram gastos 9

milhões de dólares, com o objetivo de ser utilizadopela indústria farmacêutica para criação de novasdrogas.

Exemplos de supercomputadoresExemplos de supercomputadores

� Earth Simulator: Supercomputador localizadono Japão para a execução de modelosclimáticos globais, avaliando problemas deaquecimento global, geofísica, atmosfera, etc.◦ 640 nós (cada nó com 8 processadores vetoriais)

◦ Total de 5120 processadores

◦ 8 Gflop/s por processador

◦ Processamento máximo de 36 TFlop/s

◦ 16GB de memória compartilhada por nó

◦ Memória RAM total de 10 TB

◦ 1.6 PB de capacidade de armazenamento

◦ Área ocupada: 4 quadras de tênis

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◦ NEC SX-6 (INPE)

◦ Processa diariamente as previsões do Centro dePrevisão do Tempo e Estudos Climáticos(CPTEC/Inpe)

◦ Capaz de rodar, além das previsões de tempo e clima,modelos de previsão ambiental.


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