Типовые структуры вычислительных систем

Типовые структуры вычислительных систем.

Классификация уровней программного параллелизма включает шесть позиций: независимые задания, отдельные части заданий, про­граммы и подпрограммы, циклы и итерации, операторы и команды, фазы отдельных команд. Для каждой из них имеются специфические свойства параллельной обработки, апробированные в различных структурах вычислительных систем. Заметим, что данный перечень совершенно не затрагивает этапы выбора алгоритмов решения, на которых могут анализироваться альтернативные алгоритмы (а зна­чит, и программы), дающие различные результаты.

Для каждого вида параллельных работ имеются структуры вы­числительных средств, используемые в различных вычислительных системах. Верхние три уровня, включающие независимые задания, шаги или части заданий и отдельные программы, имеют единое сред­ство параллельной обработки — мультипроцессирование, т.е. много­процессорные вычислительные системы, относящиеся к архитектуре МКМД. Программные циклы и итерации требуют использования век­торной обработки (архитектура ОКМД). Операторы и команды, вы­полняемые ЭВМ, ориентированы на многофункциональную обработ­ку. Параллельная обработка фаз последовательно выполняемых ко­манд приводит к организации конвейера команд.

Рассмотрим возможные структуры вычислительных систем, кото­рые обеспечивают перечисленные виды программного параллелизма.

Ещё посмотрите лекцию "10 Многоугольники (полигоны)" по этой теме.

ОКОД-структуры. Два нижних вида параллелизма реализуются в любых современных ЭВМ, включая и персональные ЭВМ. Данный тип архитектуры объединяет любые системы в однопроцессорном (одномашинном) варианте.

ОКМД-структуры. Для реализации программного параллелизма, включающего циклы и итерации, используются матричные или вектор­ные структуры. В них эффективно решаются задачи матричного ис­числения, задачи решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля, геодезические задачи, задачи аэродина­мики.

МКОД-структуры большой практической реализации не получи­ли. Задачи, в которых несколько процессоров могли бы эффективно обрабатывать один поток данных, в науке и технике неизвестны. С некоторой натяжкой к этому классу можно отнести фрагменты мно­гофункциональной обработки, например обработку на разных про­цессорах команд с фиксированной и плавающей точкой.

МКМД-структуры являются наиболее интересным классом струк­тур вычислительных систем. Уже из названия МКМД-структур видно, что в данных системах можно найти все перечисленные виды параллелизма. Этот класс дает большое разнообразие структур, сильно отличающихся друг от дру­га своими характеристиками

Важную роль здесь играют способы взаимодействия ЭВМ или процессоров в системе. В сильносвязанных системах достигается высокая оперативность взаимодействия процессоров посредством общей оперативной памяти. При этом пользователь имеет дело с многопроцессорными вычислительными системами. Наиболее просты­ми по строению и организации функционирования являются одно-родные, симметричные структуры. Они обеспечивают простоту подключения процессоров и не требуют очень сложных централи­зованных операционных систем, размещаемых на одном из процес­соров.

Слабосвязанные МКМД-системы могут строиться как многома­шинные комплексы или использовать в качестве средств передачи информации общее поле внешней памяти на дисковых накопителях большой емкости.