Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

18 Комплексы ЭВМ и многопроцессорные машины

Вычислительная техника в своем развитии по пути повышения быстродействия ЭВМ приблизилась к физическим пределам. В этих условиях требования практики по дальнейшему повышению быстродействия ЭВМ может быть удовлетворено только путем распространения принципа параллелизма на сами устройства обработки информации и создания многомашинных и многопроцессорных ВС. Такие системы позволяют производить распараллеливание во времени выполнения программы или параллельное выполнение нескольких программ.

многомашинная система многопроцессорная система

Многомашинная система - это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров, каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы, а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого.

Работа любой многомашинной системы определяется двумя главными компонентами: высокоскоростным механизмом связи процессоров и системным программным обеспечением, которое предоставляет пользователям и приложениям прозрачный доступ к ресурсам всех компьютеров, входящих в комплекс. В состав средств связи входят программные модули, которые занимаются распределением вычислительной нагрузки, синхронизацией вычислений и реконфигурацией системы. Если происходит отказ одного из компьютеров комплекса, его задачи могут быть автоматически переназначены и выполнены на другом компьютере. Если в состав многомашинной системы входят несколько контроллеров внешних устройств, то в случае отказа одного из них, другие контроллеры автоматически подхватывают его работу. Таким образом, достигается высокая отказоустойчивость комплекса в целом.

Реализация обмена информацией происходит, в конечном счете, путем взаимодействия ОС машин между собой.

Недостаток: динамические характеристики процессов обмена данными падают.

По сравнению с многопроцессорными системами возможности параллельной обработки в многомашинных системах ограничены: эффективность распараллеливания резко снижается, если параллельно выполняемые задачи тесно связаны между собой по данным. Это объясняется тем, что связь между компьютерами многомашинной системы менее тесная, чем между процессорами в многопроцессорной системе, так как основной обмен данными осуществляется через общие многовходовые периферийные устройства. Говорят, что в отличие от мультипроцессоров, где используются сильные программные и аппаратные связи, в многомашинных системах аппаратные и программные связи между обрабатывающими устройствами являются более слабыми.

В многопроцессорных системах имеется несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо от остальных выполнять свою программу. Все процессоры находятся под управлением одной операционной системы, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами.

Часто в таких системах организуется общее поле памяти, с помощью которого осуществляется взаимодействие между отдельными процессорами, и общее поле внешних запоминающих устройств - ВЗУ. Общее поле памяти означает, что все модули ОП доступны всем процессорам и каналам ввода/вывода. Общее поле ВЗУ означает, что образующие его устройства доступны любому процессору и каналу.

В МПС по сравнению с ММС достигается более быстрый обмен информацией между процессорами(через общую ОП), и поэтому может быть получена более высокая производительность, более быстрая реакция на ситуации, возникающие внутри системы и в ее внешней среде.

Однако посторенние ММС из серийно выпускаемых ЭВМ м их стандартными ОС значительно проще, чем построение МПС. При создании МПС возникает много сложных проблем:

• Осуществление быстродействующих межмодульных связей

• Разрешение конфликтов, возникающих при попытках нескольких процессоров использовать один ресурс(например память)

• Разработка специальной ОС

Многопроцессорные и многомашинные ВС, создаваемые путем комплексирования оборудования нескольких серийных ЭВМ, часто называют вычислительными комплексами - ВК. Вычислительными комплексами называют ММС с объединенным полем внешней памяти. В этом случае взаимодействие различных ЭВМ в системе можно автоматизировать и программировать, что существенно повышает эффективность системы при получении необходимой скорости вычислений и заданной надежности.

ММС и МПС могут быть однородными и неоднородными. Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры. Неоднородные ММС состоят из ЭВМ различного типа, а в неоднородных МПС используются различные специализированные процессоры для выполнения различных функций:

• Операции сложения, умножения

• Операции с числами с плавающей запятой

• Логические операции и др

ММС и МПС могут иметь одновременно одноуровневую и иерархическую структуру. В первом случае процессоры(машины) системы образуют один общий уровень обработки данных, а во втором случае содержит отдельные машины(процессоры) для выполнения различных уровней обработки информации.

Многомашинный иерархический вычислительный комплекс

В иерархических комплексах обычно менее мощная машина берет на себя ввод информации и ее предварительную обработку, разгружая от этих сравнительно простых процедур более мощную ЭВМ, чем достигается увеличение общей производительности.

ММС и МПС используются также при создании отказоустойчивых систем(систем повышенной живучести).

Согласно классификации Флина, можно выделить четыре основных типа архитектуры систем параллельной обработки:

1. Конвейерная и векторная обработка.

Основу конвейерной обработки составляет раздельное выполнение некоторой операции в несколько этапов (за несколько ступеней) с передачей данных одного этапа следующему. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько операций. Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если происходит задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится. Векторные операции обеспечивают идеальную возможность полной загрузки вычислительного конвейера.

1. Машины типа SIMD(одиночный поток команд, множественный поток данных,

ОКМД). Машины типа SIMD состоят из большого числа идентичных процессорных элементов, имеющих собственную память. Все процессорные элементы в такой машине выполняют одну и ту же программу. Очевидно, что такая машина, составленная из большого числа процессоров, может обеспечить очень высокую производительность только на тех задачах, при решении которых все процессоры могут делать одну и ту же работу. Модель вычислений для машины SIMD очень похожа на модель вычислений для векторного процессора: одиночная операция выполняется над большим блоком данных.

В отличие от ограниченного конвейерного функционирования векторного процессора, матричный процессор (синоним для большинства SIMD-машин) может быть значительно более гибким. Обрабатывающие элементы таких процессоров - это универсальные программируемые ЭВМ, так что задача, решаемая параллельно, может быть достаточно сложной и содержать ветвления. Обычное проявление этой вычислительной модели в исходной программе примерно такое же, как и в случае векторных операций: циклы на элементах массива, в которых значения, вырабатываемые на одной итерации цикла, не используются на другой итерации цикла.

Модели вычислений на векторных и матричных ЭВМ настолько схожи, что эти ЭВМ часто обсуждаются как эквивалентные.

1. Машины типа MIMD(множественный поток команд, множественный поток данных

- МКМД). Термин "мультипроцессор" покрывает большинство машин

типа MIMD и (подобно тому, как термин "матричный процессор" применяется к машинам типа SIMD) часто используется в качестве синонима для машин типа MIMD. В мультипроцессорной системе каждый процессорный элемент (ПЭ) выполняет свою программу достаточно независимо от других процессорных элементов. Процессорные элементы, конечно, должны как-то связываться друг с другом. В мультипроцессорах с общей памятью (сильносвязанных мультипроцессорах) имеется память данных и команд, доступная всем ПЭ. С общей памятью ПЭ связываются с помощью общей шины или сети обмена. В противоположность этому варианту в слабосвязанных многопроцессорных системах (машинах с локальной памятью) вся память делится между процессорными элементами и каждый блок памяти доступен только связанному с ним процессору. Сеть обмена связывает процессорные элементы друг с другом. Базовой моделью вычислений на MIMD-мультипроцессоре является совокупность независимых процессов, эпизодически обращающихся к разделяемым данным. Существует большое количество вариантов этой модели. На одном конце спектра - модель распределенных вычислений, в которой программа делится на довольно большое число параллельных задач, состоящих из множества подпрограмм. На другом конце спектра - модель потоковых вычислений, в которых каждая операция в программе может рассматриваться как отдельный процесс.

1. Многопроцессорные машины с SIMD-процессорами.

Многие современные супер-ЭВМ представляют собой многопроцессорные системы, в которых в качестве процессоров используются векторные процессоры или процессоры типа SIMD. Такие машины относятся к машинам класса MSIMD. В пределах каждой задачи компилятор автоматически векторизует подходящие циклы. Машины типа MSIMD дают возможность использовать векторные операции для тех частей программы, которые подходят для этого, и гибкие возможности MIMD-архитектуры для других частей программы.

4

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ответов (шпаргалок)