Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа




НазваниеАрхитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа
страница8/8
Дата конвертации23.07.2013
Размер446 b.
ТипПрезентации
1   2   3   4   5   6   7   8

Тема 8

  • Архитектурные особенности параллельных, многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем



Учебные вопросы:

  • Многомашинные вычислительные системы (ММС): назначение, уровни организации взаимодействия.

  • Многопроцессорные системы (МПС): назначение, распределение ресурсов системы между процессорами.

  • Классификация и особенности архитектуры параллельных систем различных типов.

  • Типовые структуры и характеристики параллельных ВС.

  • Уровни и средства комплексирования средств вычислительной техники.

  • Кластеризация



Суперкомпьютеры

  • Супер-ЭВМ обладают производительностью, достигающей 1011 оп./с и выше. Такие ВС могут не только удовлетворительно решать сложнейшие научно-технические задачи, требующие огромного объема вычислений, но и обеспечивать работу более чем с 10 000 отдельных рабочих станций, для чего им требуются в качестве координатора системы ввода-вывода специальные ЭВМ. Однако, не взирая на их вычислительные возможности, супер-ЭВМ — пока все еще слишком дорогое удовольствие для коммерческого использования. Типичными областями применения супер-ЭВМ являются научные исследования, прогнозирование погоды, проектирование авиационной и космической техники, ядерные исследования, сейсмический анализ и другие области требующие быстрой обработки очень большого количества данных



Суперкомпьютеры

  • Определенную картину по использованию супер-ЭВМ дает сводный анализ по США:

  • оборонные проекты (45%);

  • нефтяные компании (18%);

  • университеты (13%);

  • космические исследования (10%);

  • другие (14%).



Многопроцессорные параллельные вычислительные системы

  • Суперкомпьютеры, как и все современные параллельные ВС (ПВС), создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных систем (МПВС) с различной архитектурой, наиболее распространенные из которых можно классифицировать по способу использования ОП и режи­му выполнения команд процессорами системы.

  • Относительно использования ОП ПВС можно классифицировать по двум основным группам:

  • ОП распределяется по процессорам;

  • процессоры разделяют общую ОП.

  • Классификация по режиму выполнения команд была предложена Флинном (M. Flynn) в начале 60-х годов. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Согласно данной классификации существует четыре основных архитектуры ВС



Архитектура ОКОД

  • ОКОД - одиночный поток команд - одиночный поток данных, или SISD (Single Instruction Single Data) охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. ВС с одним вычислителем (рис. 4.10). Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также парал­лельная работа устройств ввода-вывода информации и процессора.



Архитектура ОКОД



Архитектура ОКМД

  • ОКМД — одиночный поток команд множественный поток данных, или SIMD (Single Instruction Multiple Data) предполагает соз­дание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управля­ются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними. Векторный или матричный тип вычислений является необходимым атрибутом любой супер-ЭВМ.



Архитектура ОКМД



Архитектура МКОД

  • МКОД — множественный поток команд — одиночный поток данных или MISD (Multiple Instruction Single Data), предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки очевидны (рис. 4.12). Однако в большинстве алгоритмов очень трудно выявить подобный, регулярный характер вычислений. Кроме того, на практике нельзя обеспечить и «большую длину» такого конвейера, при котором достигается наивысший эффект. Вместе с тем конвейерная схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах супер-ЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки



Архитектура МКОД



Архитектура МКМД

  • Архитектура МКМД — множественный поток команд — множественный поток данных, или MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) предпо­лагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд (рис. 4.13). В простейшем случае они могут быть автономны и независимы. Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра.



Архитектура МКМД



Современные варианты архитектуры

  • В современных супер-ЭВМ используются три варианта архитектуры МПВС:

  • структура MIMD в классическом варианте (например, в суперкомпьютере BSP фирмы Burrought;

  • параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, т.е. многопроцессорная (Multiple) MISD архитектура (например, в суперкомпьютере «Эльбрус 3»);

  • параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, т.е. многопроцессорная SIMD архитектура (например, в суперкомпьютере Cray 2).



Системы с массовым параллелизмом

  • В настоящее время возможно построение систем с массовым параллелизмом (MPP — Mass Parallel Processing) с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов, с размещением их в непосредственной близости друг от друга. Если каждый процессор системы имеет собственную память, то он также будет сохранять известную автономию в вычислениях. Считается, что именно такие системы займут домини­рующее положение в мире суперкомпьютеров в ближайшие десять-пят­надцать лет.

  • Параллельную архитектуру MPP-компьютера определяют следую­щие компоненты:

  • процессорная матрица (ПМ);

  • устройство управления процессорной матрицей (УУПМ);

  • устройство подготовки программ и данных (УППД);

  • переходная память (ПП) для буферизации и перекомпоновки данных;

  • ведущая и интерфейсная ЭВМ, внешняя память (ВП) и система интерфейсов.



Архитектура параллельной супер-ЭВМ МРР



Кластеры

  • Опыт создания серверов на основе MPP-структур и SMP-структур (SMP — Shared Memory multiprocessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти) показал, что они не обеспечивают хорошей адаптации к конкретным условиям функционирования, остаются доро­гими и сложными в эксплуатации.

  • Одним из решений этой проблемы является кластеризация, т.е. тех­нология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся вы­числительными системами, объединяются в единую систему более вы­сокого ранга для повышения эффективности функционирования систе­мы в целом



Кластеры



Кластеры. Зачем?

  • Целями построения кластеров могут служить:

  • улучшение масштабируемости (способность к наращиванию мощности);

  • повышение надежности и готовности системы в целом;

  • увеличение суммарной производительности;

  • эффективное перераспределение нагрузок между компьютерами кластера;

  • •эффективное управление и контроль работы системы и т.п.



Многомашинные вычислительные системы (ММС): назначение, уровни организации взаимодействия



Многопроцессорные системы (МПС): назначение, распределение ресурсов системы между процессорами



Классификация и особенности архитектуры параллельных систем различных типов



Типовые структуры и характеристики параллельных ВС



Уровни и средства комплексирования средств вычислительной техники



Кластеризация



Тема 9

  • Сети ЭВМ, информационно-вычислительные системы и сети



Учебные вопросы:

  • Принципы распределенной обработки данных.

  • Организация многомашинной вычислительной системы в информационно-вычислительную сеть (ИВС).

  • Задачи ИВС и техническое обеспечение их реализации.

  • Показатели качества ИВС.

  • Виды ИВС.

  • Топологии сетей.

  • Протоколы передачи данных.

  • Понятие открытых систем и модель их взаимодействия



Принципы распределенной обработки данных



Организация многомашинной вычислительной системы в информационно-вычислительную сеть (ИВС)



Задачи ИВС и техническое обеспечение их реализации



Показатели качества ИВС



Виды ИВС



Топологии сетей



Протоколы передачи данных



Понятие открытых систем и модель их взаимодействия



Тема 10

  • Вычислительные сети: матричные и ассоциативные, конвейерные и потоковые



Учебные вопросы:

  • Масштабируемость вычислительных систем.

  • Факторы, влияющие на ограничения масштабируемости.

  • Ассоциативные вычислительные сети: принцип ассоциативной обработки данных, ассоциативное запоминающее устройство.

  • Конвейерные вычислительные сети: принцип конвейеризации данных и команд.

  • Матричные вычислительные сети.

  • Принцип матричной обработки потоков данных.

  • Многомодальная логика.

  • Потоковые вычислительные сети.

  • Принцип обработки многих данных с помощью одной команды.

  • Векторная обработка данных



Масштабируемость вычислительных систем



Факторы, влияющие на ограничения масштабируемости



Ассоциативные вычислительные сети: принцип ассоциативной обработки данных, ассоциативное запоминающее устройство



Конвейерные вычислительные сети: принцип конвейеризации данных и команд



Матричные вычислительные сети



Принцип матричной обработки потоков данных



Многомодальная логика



Многомодальная логика



Потоковые вычислительные сети



Принцип обработки многих данных с помощью одной команды



Векторная обработка данных



Литература

  • Аппаратное обеспечение вычислительных систем / Д.В. Денисов, В.А. Артюхин, М. Ф. Седненков; под ред. Д.В. Денисова. – М.: Маркет ДС, 2007 – 184 с. (Университетская серия.)

  • и т.д.


1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconРазработки операционных систем для ЭВМ бэсм-6
Появление ко второй половине 60-х годов ЭВМ с аппаратной поддержкой многозадачности и управления параллельной работой устройств стимулировали...
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconАрхитектура ЭВМ виды памяти информатика Архитектура ЭВМ
Медленная по сравнению с оперативной; в порядке возрастания скоростичтения/записи информации, устройства внешней памяти располагаются...
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconПонятие архитектуры ЭВМ архитектура ЭВМ как распределение функций, реализуемых системой, между её уровнями
Архитектура ЭВМ как распределение функций, реализуемых системой, между её уровнями
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconТехнические средства информатизации Преподаватель кафедры ис мфпа
«Технические средства информатизации» является формирование у студентов базовой системы знаний в области устройства персональных...
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconАрхитектура ЭВМ содержание
Устройство для чтения программ и данных, поставляемых на лазерных носителях (компакт-дисках)
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconКурс лекций для студентов мфпа, обучаемых по ускоренному курсу
Излагаются принципы проектирования и использования баз данных, как важнейшего компонента современных информационных систем. Рассмотрены...
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconАрхитектура современных ЭВМ параллельные вычисления Уровни параллелизма
Три потока. Пустые квадраты означают простой в ожидании данных из памяти (d) Мелкомодульная многопоточность
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconИстория ЭВМ история ЭВМ первое поколение ЭВМ
...
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconПреимущества Языков Высокого Уровня: Приближены к естественному языку
Архитектура ЭВМ есть функциональный образ вычислительной системы, получа-емый непосредственным пользователем, её абстрактное представление,...
Архитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа iconОбразовательные инициативы Microsoft Данилин Александр
Сервис-ориентированная архитектура объединения и интеграции государственных информационных ресурсов и систем
Разместите кнопку на своём сайте:
dok.opredelim.com


База данных защищена авторским правом ©dok.opredelim.com 2015
обратиться к администрации
dok.opredelim.com
Главная страница