Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем (2006) (1186249), страница 105
Текст из файла (страница 105)
В иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций. Наконец, как уже указывалось, ВС делятся: 0 на одномашинные; Д многомашинные; 0 многопроцессорные. 484 Глава 21. Информационно-вычислительные системы Вопросы для самопроверки 1. Что такое система7 2. Перечислите и кратко определите основные понятия, используемые для характеристики системы. 3. Дайте определения информационной, информационно-вычислительной и вычислительной систем.
4. Приведите многоаспектную классификацию информационно-вычислительных систем. 5. Что такое СРОД, МРОД, АСОД и САОД? Дайте их краткую характеристику. 6. Рассмотрите основные разновидности и функциональные возможности систем обработки знаний (СОВ). 7. Назовите и поясните основные обобщенные функции информационно-вычислительной системы. 8. Перечислите и поясните основные функциональные и обеспечивающие подсистемы ИВС. 9. Рассмотрите разновидности вычислительных систем. 10.
В чем особенности архитектуры многомашинных ВС7 11. В чем особенности архитектуры многопроцессорных ВС7 12. Поясните недостатки и достоинства многопроцессорных ВС. ГЛАВА 22 Многомашинные и многопроцессорные ВС Вычислительные системы могут строиться на основе целых компьютеров или отдельных процессоров. В первом случая ВС будет многомашинной во втором— многопроцессорной.
Многомашинные вычислительные системы — это системы, содержащие несколько одинаковых или различных, относительно самостоятельных компьютеров, связанных между собой через устройство обмена информацией, в частности, по каналам связи. В последнем случае речь идет об информационно-вычислительных сетях. В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами выполняется под управлением разных ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС).
Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на уровне: 0 процессоров; 0 оперативной памяти (ОП); ь3 каналов связи. При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.
Взаимодействие на уровне ОП сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти, что несколько проще, но также требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам н каналам связи. На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспечивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам 486 Глава 22. Многомашинные н многопроцессорные ВС других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).
Все вышесказаииое иллюстрируется схемой взаимодействия компьютеров в двух- машинной ВС, представленной иа рис. 22.1. ОС 2 Рис. 22.1. Схема взаимодействия компьютеров в ВС Ввиду сложности организации информационного взаимодействия иа 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели надежности таких систем существенно ниже. Многопроцессорные вычислительные системы — это системы, содержащие несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо иа уровие регистров процессорной памяти, либо иа уровне оперативной памяти.
Последиий тип взаимодействия принят в большинстве случаев, так как оргаиизуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и к устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением едииой операционной системы, общей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, ио требует наличия специальной, весьма сложной операционной системы. Схема взаимодействия процессоров в ВС показана иа рис. 22.2.
Быстродействие и надежность многопроцессорных ВС по сравнению с многомашинными, взаимодействующими иа 3-м уровне, существеиио повышаются, 487 Высокопараллельные вычислительные системы во-первых, ввиду ускоренного обмена информацией между процессорами, более быстрого реагирования на ситуации, возникающие в системе; во-вторых, вследствие большей степени резервирования устройств системы (система сохраняет работоспособность, пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройств). Операционная система Рис.
22.2. Схема взаимодействия процессоров в ВС Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных вычислительных систем (МП ВС)— суперкомпьютеры. Высокопараллельные вычислительные системы Создать высокопроизводительные вычислительные системы на одном микропроцессоре не представляется возможным. Поэтому они создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (вычислительных систем с массовым параллелизмом).
Основные разновидности высокопараллельных МПВС: 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 М1БР— Мц1с1р1е 1пзсгцсс)оп Япя1е Раса). 2.
Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или Я1МР— Япд!е 1пзсгцсс1оп Мц!с1р!е Раса). 488 Глава 22. Многомашинные и многопроцессорные ВС 3. Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных— многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или М1М1) — Ми!Г1р!е 1пзсгцсс(оп Мц1Г(р!е Эата). Условные структуры однопроцессорной (31Я)) и названных многопроцессорных ВС показаны на рис.
22З. Поток данных Результаты Результаты Поток данных Поток данных Резулыаты Рис. 22.3. Условные структуры МПВС Архитектура суперкомпьютеров В суперкомпьютерах используются все три варианта архитектуры МПВС: О структура М1МП в классическом ее варианте (например, в суперкомпьютере ВВР фирмы ВцггоияЬг); О параллельно-конвейерная модификация, иначе ММ1Я), то есть многопроцессорная (МцЫр1е) М1Я)-архитектура (например, в суперкомпьютере «Эльбрус-Зь); 489 Архитектура суперкомпьютеров 12 параллельно-векторная модификация, иначе МЯ1М1), то есть многопроцессорная 31М1)-архитектура (например, в суперкомпьютере Сгау 2). Наибольшую эффективность показала М81МР-архитекгура, поэтому в современных суперкомпьютерах чаще всего находит применение именно она (суперкомпьютеры фирм Сгау, Рц)1гзц, НЕС, Н!сасЬ1 и т. д.). Рис. 22.4.
Структурная схема суперкомпьютера «Эльбрус» На рис. 22.4 приведена структура суперкомпьютера «Эльбрус-З», разработанно- го в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ, Моск- ва). Характеристики суперкомпьютера «Эльбрус-Зтс с) производительность 10 000 М()орз; 12 разрядность 64 бит (можно работать и с 128-разрядными словами); Условные обозначения: ПР— магистральный процессор ООП вЂ” общая оперативная память ПВ — процессор ввода-вывода МК вЂ” медленный канал БК вЂ” быстрый канал ДК вЂ” д й ВУ вЂ” внешние устройства МКТ вЂ” модульные комплексы телеобработки НМД вЂ” накопители на магнитных дисках 490 Глава 22.
Многомашинные и многопроцессорные ВС О 16 магистральных процессоров по 7 арифметико-логических устройств и 16 Мбайт оперативной памяти в каждом (итого — 256 Мбайт); О общая оперативная память — 8 блоков по 256 Мбайт (итого — 2048 Мбайт); О суммарная емкость оперативной памяти 16 16 + 8 256 - 2304 Мбайт; О 8 процессоров ввода-вывода, каждый из которых имеет: О медленный канал; О быстрый канал; О дисковый канал для обмена данными, соответственно, с внешними устройствами, модульными комплексами телеобработки и накопителями на магнитных дисках, часто с дисковыми массивами типа ВА1Р. Используются операционные системы «Эльбрус» и 1)шх, 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 Мйорз. Для суперкомпьютера «Эльбрус» разработан один из первых в мире микропроцессор Е2К, имеющий Ч1.1ЪЧ- архитектуру. Ассоциативные и потоковые вычислительные системы Ассоциативные (АВС) и потоковые (ПВС) вычислительные системы являются разновидностями высокопараллельных МПВС.
Ассоциативная вычислительная система АВС строится на базе организованной в виде массива ассоциативной памяти— ассоциативно-запоминающего устройства (АЗУ). Доступ к ячейкам АЗУ осуществляется не по адресу, а по их содержимому, точнее — по ассоциативному признаку (поисковому образу), соответствуюшему хранимой в ячейке информации. Если в ячейке содержится информация, содержащая заданный признак, эта информация считывается. Поиск ассоциативного признака выполняется по всем ячейкам массива памяти, считывание осуществляется одновременно из всех найденных ячеек массива памяти.
Определенные группы ячеек массива памяти имеют свои локальные процессоры, позволяющие при считывании выполнять логические и арифметические операции над считываемой информацией. Запись в АЗУ производится в любую свободную ячейку (у ячейки имеется признак: свободная она или нет). Отметим, что ячейки АЗУ должны допускать считывание без разрушения информации, так как считывание выполняется сразу из нескольких ячеек и автоматически выполнить перезапись считанной информации, как это делается в обычных адресных ОЗУ, невозможно (или, по крайней мере, очень сложно).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
