2006 Ответы на экзаменационные вопросы по ПОД (Lilalbrother), страница 7

Некоторые системы претендовали на универсальность, часть из них была сразуориентирована на решение конкретных задач, где-то ставка делалась на использованиевыделенных высокопроизводительных сетей и специальных протоколов, а где-то заоснову брались обычные каналы и работа по протоколу HTTP..Прогресс в сетевых технологиях последних лет колоссален. Гигабитные линиисвязи между компьютерами, разнесенными на сотни километров, становятся обычнойреальностью.

Объединив различные вычислительные системы в рамках единой сети,можно сформировать специальную вычислительную среду. Какие-то компьютеры могутподключаться или отключаться, но, с точки зрения пользователя, эта виртуальная средаявляется единым метакомпьютером.

Работая в такой среде, пользователь лишь выдаетзадание на решение задачи, а остальное метакомпьютер делает сам: ищет доступныевычислительные ресурсы, отслеживает их работоспособность, осуществляет передачуданных, если требуется, то выполняет преобразование данных в формат компьютера, накотором будет выполняться задача, и т. п.

Пользователь может даже и не узнать, ресурсыкакого именно компьютера были ему предоставлены. А, по большому счету, часто ли вамэто нужно знать? Если потребовались вычислительные мощности для решения задачи, товы подключаетесь к метакомпьютеру, выдаете задание и получаете результат. Все.В отличие от традиционного компьютера метакомпьютер имеет целый наборприсущих только ему особенностей:* метакомпьютер обладает огромными ресурсами, которые несравнимы с ресурсамиобычных компьютеров.

Это касается практически всех параметров: число доступныхпроцессоров, объем памяти, число активных приложений, пользователей и т. п.;* метакомпьютер является распределенным по своей природе. Компонентыметакомпьютера могут быть удалены друг от друга на сотни и тысячи километров, чтонеизбежно вызовет большую латентность и, следовательно, скажется на оперативности ихвзаимодействия;* метакомпьютер может динамически менять конфигурацию.

Какие-то компьютеры кнему подсоединяются и делегируют права на использование своих ресурсов, какие-тоотключаются и становятся недоступными. Но для пользователя работа сметакомпьютером должна быть прозрачной. Задача системы поддержки работыметакомпьютера состоит в поиске подходящих ресурсов, проверке их работоспособности,в распределении поступающих задач вне зависимости от текущей конфигурацииметакомпьютера в целом;* метакомпьютер неоднороден. При распределении заданий нужно учитыватьособенности операционных систем, входящих в его состав. Разные системыподдерживают различные системы команд и форматы представления данных. Различныесистемы в разное время могут иметь различную загрузку, связь с вычислительнымисистемами идет по каналам с различной пропускной способностью.

Наконец, в составметакомпьютера могут входить системы с принципиально различной архитектурой;* метакомпьютер объединяет ресурсы различных организаций. Политика доступа ииспользования конкретных ресурсов может сильно меняться в зависимости от ихпринадлежности к той или иной организации. Метакомпьютер не принадлежит никому,поэтому политика его администрирования может быть определена лишь в самых общихчертах. Вместе с тем, согласованность работы огромного числа составных частейметакомпьютера предполагает обязательную стандартизацию работы всех его служб исервисов.Говоря о метакомпьютере, следует четко представлять, что речь идет не только обаппаратной части и не столько об аппаратной части, сколько о его инфраструктуре. Вкомплексе должны рассматриваться такие вопросы, как средства и моделипрограммирования, распределение и диспетчеризация заданий, технологии организациидоступа к метакомпьютеру, интерфейс с пользователями, безопасность, надежность,политика администрирования, средства доступа и технологии распределенного храненияданных, мониторинг состояния различных подсистем метакомпьютера и многие другие.Представьте себе, как заставить десятки миллионов различных электронных устройств,составляющих метакомпьютер, работать согласованно над заданиями десятков тысячпользователей в течение продолжительного времени? Фантастически сложная задача,масштабное решение которой было невозможным еще десять лет назад.В настоящее время идет активное обсуждение различных стратегий построенияметакомпьютера.

Однако многие вопросы до сих пор недостаточно проработаны, частьпредложенных технологий еще находится на стадии апробации, не всегда используетсяединая терминология. Ситуация в данной области развивается чрезвычайно быстро.19. Соотношение между понятиями: функциональное устройство, команда(операция), обработка, компьютер и их характеристиками: скалярный, векторный,конвейерный.20.

Общая структура компьютера CRAY C90, структура памяти.С появлением в 1976 году компьютера Сгау-1 началась история векторноконвейерных вычислительных систем. Архитектура оказалась настолько удачной, чтокомпьютер дал начало целому семейству машин, а его название стало нарицательным дляобозначения сверхмощной вычислительной техники. Поскольку компьютеры этогосемейства по праву считаются классическими представителями мира суперкомпьютеров, сних мы и начнем изучение различных классов архитектур.В качестве объекта для детального изучения возьмем компьютер Cray C90, вархитектуре которого есть все характерные особенности компьютеров данного класса.

Егопоследователь Cray T90 имеет такую же структуру, отличаясь лишь некоторымиколичественными характеристиками. Описание компьютера будем вести с той степеньюдетальности, которая необходима для выделения ключевых особенностей и узких местархитектуры. Знание именно этих параметров нам понадобится позднее для анализаэффективности функционирования реальных параллельных программ.Итак, Cray C90 — это векторно-конвейерный компьютер, появившийся на рынкевычислительной техники в самом начале 90-х годов прошлого века.

В максимальнойконфигурации Cray C90 содержит 16 процессоров, работающих над общей памятью.Время такта компьютера равно 4,1 не, что соответствует тактовой частоте почти 250 МГц.На рис. 3.8 показана общая схема данного компьютера с более детальным представлениемструктуры одного процессора. Поскольку все процессоры одинаковы, то не имеет значения, какой именно процессор изображать детально.Все процессоры компьютера Cray C90 не только одинаковы, но и равноправны поотношению ко всем разделяемым ресурсам: памяти, секции ввода/вывода и секциимежпроцессорного взаимодействия.

Рассмотрим кратко их особенности.Рис. 3.8. Общая схема компьютера Cray C90Структура оперативной памяти.Оперативная память этого компьютера разделяется всеми процессорами и секциейввода/вывода. Каждое слово состоит из 80-ти разрядов: 64 для хранения данных и 16 длякоррекции ошибок. Для увеличения скорости выборки данных память разделена намножество банков, которые могут работать одновременно.Каждый процессор имеет доступ к ОП через четыре порта с пропускной способностью дваслова за один такт каждый, причем один из портов всегда связан с секций ввода/вывода ипо крайней мере один из портов всегда выделен под операцию записи.В максимальной конфигурации вся память разделена на 8 секций, каждая секция на 8подсекций, каждая подсекция на 16 банков. Адреса идут с чередованием по каждому изданных параметров:адресадресадрес...адресадрес...адресадресадрес...0 - в 0-й секции, 0-подсекции, 0-м банке,1 - в 1-й секции, 0-подсекции, 0-м банке,2 - в 2-й секции, 0-подсекции, 0-м банке,8 - в 0-й секции, 1-подсекции, 0-м банке,9 - в 1-й секции, 1-подсекции, 0-м банке,63 - в 7-й секции, 7-подсекции, 0-м банке,64 - в 0-й секции, 0-подсекции, 1-м банке,65 - в 1-й секции, 0-подсекции, 1-м банке,При одновременном обращении к одной и той же секции из разных портов возникаетзадержка в 1 такт, а при обращении к одной и той же подсекции одной секции задержкаварьируется от 1 до 6 тактов.

При выборке последовательно расположенных данных илипри выборке с любым нечетным шагом конфликтов не возникает.Секция ввода/выводаКомпьютер поддерживает три типа каналов, которые различаются скоростью передачи:•••Low-speed (LOSP) channels - 6 Mbytes/sHigh-speed (HISP) channels - 200 Mbytes/sVery high-speed (VHISP) channels - 1800 Mbytes/sСекция межпроцессорного взаимодействияСекция межпроцессорного взаимодействия содержит разделяемые регистры и семафоры,предназначенные для передачи данных и управляющей информации между процессорами.Регистры и семафоры разделены на одинаковые группы (кластеры), каждый кластерсодержит 8 (32-разрядных) разделяемых адресных (SB) регистра, 8 (64-разрядных)разделяемых скалярных (ST) регистра и 32 однобитовых семафора.21.

Регистровая структура и функциональные устройства процессора CRAY C90.Все процессоры имеют одинаковую вычислительную секцию, состоящую из регистров,функциональных устройств (ФУ) и сети коммуникаций. Регистры и ФУ могут хранить иобрабатывать три типа данных: адреса (A-регистры, B-регистры), скаляры (S-регистры, Tрегистры) и вектора (V-регистры).РегистрыКаждый процессор имеет три набора основных регистров (A, S, V), которые имеют связькак с памятью, так и с ФУ. Для регистров A и S существуют промежуточные наборырегистров B и T, играющие роль буферов для основных регистров.Адресные регистры: A-регистры, 8 штук по 32 разряда, для хранения и вычисленияадресов, индексации, указания величины сдвигов, числа итераций циклов и т.д.