Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов




НазваниеАрхитектурные особенности вычислительных систем различных классов
страница12/12
Дата конвертации23.07.2013
Размер445 b.
ТипПрезентации
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд операций/с становится соиз­меримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных сис­тем (МПВС).

  • Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей.

  • 1. Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data).



  • 2. Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократ­ным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction Multiple Data).

    • 2. Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократ­ным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction Multiple Data).

    • ПРИМЕЧАНИЕ

    • Принцип SIMD используется и для повышения производительности микропроцессо­ров — суперскалярные (векторные) МП Pentium III, Pentium 4, Power PC и т. д.

    • 3. Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет раз­ные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных — многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD — Multiple Instruction Multiple Data).

    • Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцессорных ВС показаны на рис. 2.13.

    • В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС:

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

    • параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть многопроцессор­ная (Multiple) MISD-архитектура (например, в суперкомпьютерах «Эльбрус 3,4»);



    параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть многопроцессор­ная SIMD-архитектура (например, в суперкомпьютере Cray 2).

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

    • Наибольшую эффективность показала MSIMD-архитектура, поэтому в современ­ных суперкомпьютерах чаще всего используется именно она (суперкомпьютеры фирм Cray, Fujistu, NEC, Hitachi и т. д.). Первый суперкомпьютер была задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина ILLIAC IV с производительностью 20 MFloPS), а начиная с 1974 года лидерство в разработке суперкомпьютеров захватила фирма Cray Research, выпустившая Cray 1 производительностью 160 MFloPS и объемом оперативной памяти 64 Мбайт, а в 1984 году — Cray 2, в полной мере реализовав­ший архитектуру MSIMD и ознаменовавший появление нового поколения супер­компьютеров. Производительность Cray 2 — 2000 MFloPS, объем оперативной памяти - 2 Гбайт. Классическое соотношение, ибо критерий сбалансированности ресурсов компьютера - "каждому MfloPS производительности процессора должно соответствовать не менее 1 Мбайт оперативной памяти".





    Рис. 2.13. Условные структуры МПВС а — структура SISD — однопроцессорной суперЭВМ, б — структура MISD — конвейерной (магистральной) суперЭВМ, в — структура SIMD — векторной суперЭВМ, г— структура MIMD — матричной суперЭВМ

    • Рис. 2.13. Условные структуры МПВС а — структура SISD — однопроцессорной суперЭВМ, б — структура MISD — конвейерной (магистральной) суперЭВМ, в — структура SIMD — векторной суперЭВМ, г— структура MIMD — матричной суперЭВМ

    • В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперкомпьютеров, начиная от простых офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP C90 фирмы Cray Research, Cyber 205 фирмы Control Data, SX-3 и SX-X фирмы NEC, VP 2000 фирмы Fujitsu (обе фирмы японские), VPP 500 фирмы Siemens (ФРГ) и т. д., производительностью несколько десятков тысяч MFloPS.

    • Среди лучших суперкомпьютеров можно отметить и отечественные суперкомпью­теры. В сфере производства суперкомпьютеров Россия, пожалуй, впервые, пред­ставила собственные оригинальные модели компьютеров (все остальные, вклю­чая и ПЭВМ, и малые ЭВМ, и универсальные компьютеры за редким исключением, например, ЭВМ «Рута 110», копировали зарубежные разработки и, в первую оче­редь, разработки фирм США).

    • В СССР, а позднее в России была разработана и реализуется (сейчас, правда, почти заморожена) государственная программа разработки суперкомпьютеров. В рамках этой программы были разработаны и выпущены такие суперкомпьютеры, как по­вторяющая архитектуру Cray: «Электроника СС БИС»; ориги



    оригинальные разработ­ки: ЕС 1191, ЕС 1195, ЕС 1191.01, ЕС 1191.10, «Эльбрус 1,2, З»

    • оригинальные разработ­ки: ЕС 1191, ЕС 1195, ЕС 1191.01, ЕС 1191.10, «Эльбрус 1,2, З»

    • Разработка ЕС 1191 с производительностью 1200 MFloPS из-за нехватки средств заморожена; офисные варианты ЕС 1195, ЕС 1191.01 имеют производительность соответственно 50 MFloPS и 500 MFloPS; практически заморожена и разработка ЕС 1191.10 с производительностью 2000 MFloPS.





    Условные обозначения

    • Условные обозначения

    • ПР — магистральный процессор БК — быстрый канал

    • ООП — общая оперативная память дк — дисковый канал

    • ПВВ — процессор ввода-вывода ВУ — внешние устройства

    • МК — медленный канал мкт — модульные комплексы телеобработки

    • НМД — накопители на магнитных дисках.

    • Рис. 2.14. Структурная схема суперкомпьютера «Эльбрус»

    • На рис. 2.14 приведена структура суперкомпьютера «Эльбрус З», разработанного в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ, Москва). Характеристики суперкомпьютера «Эльбрус З»:

    • производительность 10 000 MFloPS;



    разрядность 64 бит (можно работать и с 128-разрядными словами),

    • разрядность 64 бит (можно работать и с 128-разрядными словами),

    • 8 магистральных процессоров по 7 арифметико-логических устройств и 16 Мбайт оперативной памяти в каждом (итого — 256 Мбайт),

    • общая оперативная память — 8 блоков по 256 Мбайт (итого 2048 Мбайт),

    • суммарная емкость оперативной памяти 16 • 16 + 8 • 256 = 2304 (Мбайт);

    • 8 процессоров ввода-вывода, каждый из которых имеет

    • • медленный канал;

    • • быстрый канал;

    • дисковый канал для обмена данными, соответственно, с внешними устрой­ствами, модульными комплексами телеобработки и накопителями на маг­нитных дисках, часто с дисковыми массивами типа RAID Используются операционные системы «Эльбрус» и UNIX, поддерживающие боль­шое число языков программирования: Эль, Фортран, Паскаль, Кобол, Пролог и т д.

    • Суперкомпьютер «Эльбрус ЗБ» медленно, но продолжает разрабатываться, ожи­даемая его производительность — 20 000 MFloPS.

    • Для суперкомпьютера «Эльбрус» разработан один из первых в мире микропро­цессор «Эль2К», имеющий VLIW-архитектуру.



    Кластерные суперкомпьютеры

    • Как уже упоминалось выше, в настоящее время развивается технология построе­ния больших и суперкомпьютеров на базе кластерных решений По мнению мно­гих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.

    • Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регули­ровать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помо­щью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность

    • Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP — Shared Memory multipro­cessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти).



    Программное обеспечение для кластерных систем уже выпускается Примером мо­жет служить компонент Cluster Server операционной системы MS Windows NT/2000 Enterprise. Этот компонент, более известный под кодовым названием Wolfpack, обес­печивает как функции управления кластером, так и функции диагностирования сбоев и восстановления (Wolfpack определяет сбой программы или отказ сервера и авто­матически переключает поток вычислений на другие работоспособные серверы) На конференции Supercomputing 2000 несколько фирм (Dell, SunMicrosystem, IBM) уже продемонстрировали свои достижения в области суперкомпьютерных кластерных технологий (фирма IBM, например, продемонстрировала модель че­ловеческого сердца, реализованную в кластере серверов RS/6000). Эта же фирма в 2001 году представила одну из самых мощных кластерных систем ASCI White, содержащую 8192 микропроцессора IBM Power 3, основную память емкостью 6 Тбайт, дисковую память емкостью 160 Тбайт; общая производительность клас­тера 12,5 TFloPS (триллионов операций в секунду). Все фирмы отмечают суще­ственное снижение стоимости кластерных систем по сравнению с локальными су­перкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность.

    • Программное обеспечение для кластерных систем уже выпускается Примером мо­жет служить компонент Cluster Server операционной системы MS Windows NT/2000 Enterprise. Этот компонент, более известный под кодовым названием Wolfpack, обес­печивает как функции управления кластером, так и функции диагностирования сбоев и восстановления (Wolfpack определяет сбой программы или отказ сервера и авто­матически переключает поток вычислений на другие работоспособные серверы) На конференции Supercomputing 2000 несколько фирм (Dell, SunMicrosystem, IBM) уже продемонстрировали свои достижения в области суперкомпьютерных кластерных технологий (фирма IBM, например, продемонстрировала модель че­ловеческого сердца, реализованную в кластере серверов RS/6000). Эта же фирма в 2001 году представила одну из самых мощных кластерных систем ASCI White, содержащую 8192 микропроцессора IBM Power 3, основную память емкостью 6 Тбайт, дисковую память емкостью 160 Тбайт; общая производительность клас­тера 12,5 TFloPS (триллионов операций в секунду). Все фирмы отмечают суще­ственное снижение стоимости кластерных систем по сравнению с локальными су­перкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность.

    • Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:

    • высокая суммарная производительность;

    • высокая надежность работы системы;



    наилучшее соотношение производительность/стоимость;

    • наилучшее соотношение производительность/стоимость;

    • возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами;

    • легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов;

    • удобство управления и контроля работы системы.


    1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

    Похожие:

    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconКлассификация многопроцессорных вычислительных систем Классификация многопроцессорных вычислительных систем
    Дальнейшее разделение типов многопроцессорных систем основывается на используемых способах организации оперативной памяти
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconВведение в Интернет. Основные ресурсы Интернет. Содержание
    Сеть иерархическое объединение вычислительных систем различных типов, связанных между собой каналами связи
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconСессия Ученого совета офвэ 24 декабря 2008 года Деятельность отдела вычислительных систем (овс)
    Деятельность отдела вычислительных систем (овс) в 2008 году и в ближайшем будущем
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconСессия Ученого совета офвэ 26 декабря 2007 года Деятельность отдела вычислительных систем (овс)
    Деятельность отдела вычислительных систем (овс) в 2007 году и в ближайшем будущем
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconСессия Ученого совета офвэ 25-27 декабря 2006 года Деятельность отдела вычислительных систем (овс)
    Деятельность отдела вычислительных систем (овс) в 2006 году и в ближайшем будущем
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconКонсолидация вычислительных ресурсов в цоды. Консолидация вычислительных ресурсов в цоды
    Модернизация объектной модели информационных систем в соответствии с изменяющимися бизнес-процессами компании
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconАрхитектурные комплексы и Архитектурные комплексы и
    Архитектурные комплексы и Архитектурные комплексы и ансамбли г. Саратова и Саратовской области
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconМатематическое и программное обеспечение оценки рисков использования информационно-вычислительных систем Кононов Александр Анатольевич, к т.
    Математическое и программное обеспечение оценки рисков использования информационно-вычислительных систем Кононов Александр Анатольевич,...
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconИсследования, разработка и модернизация вычислительных устройств и систем управления обеспечивающих работоспособность специализированных объектов в реальном масштабе времени
    Исследования и разработка информационно – управляющих резервированных сетевых систем
    Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов iconАрхитектура ЭВМ и систем Преподователь кафедры ис мфпа
    Эвм и систем является формирование у студентов базовой системы знаний в области устройства средств вычислительной техники, принципов...
    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