Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Переход от однородных сетей программно-совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных фирм-производителей, в корне изменил и точку зренияна саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информа-3.4. Перспективные типы процессоров ЭВМ269цией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов —мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой (сервер или рабочая станция) лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.Этот переход выдвинул ряд новых требований.
Прежде всего, такая вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач. Во-вторых, она должна обеспечивать возможность запуска одних и тех жепрограммных систем на различных аппаратных платформах, т. е.обеспечивать мобильность программного обеспечения.
В-третьих,эта среда должна гарантировать возможность применения одних итех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть. В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечениясформировалась концепция открытых систем, представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы.Одним из вариантов моделей открытой среды является модельOSE (Open System Environment), предложенная комитетом IEEEPOSIX. На основе этой модели национальный институт стандартови технологии США выпустил документ «Application Portability Profile(АРР).
The U.S. Government's Open System Environment Profile OSE/1Version 2.0», который определяет рекомендуемые для федеральныхучреждений США спецификации в области информационных технологий, обеспечивающие мобильность системного и прикладногопрограммного обеспечения.
Все ведущие производители компьютеров и программного обеспечения в США в настоящее время придерживаются требований этого документа.Рассмотрим далее по порядку процессоры, коммуникационные икоммутационные среды, блоки памяти.3.4. Перспективные типы процессоров ЭВМАссоциативные процессорыСуществующие в настоящее время алгоритмы прикладных задач, системное программное обеспечение и аппаратные средствапреимущественно ориентированы на традиционную адресную обра-270Глава 3. Вычислительные системыботку данных. Данные должны быть представлены в виде ограниченного количества форматов (например, массивы, списки, записи), должна быть явно создана структура связей между элементамиданных посредством указателей на адреса элементов памяти, приобработке этих данных должна быть выполнена совокупность операций, обеспечивающих доступ к данным по указателям.
Такойподход обусловливает громоздкость операционных систем и системпрограммирования^ а также служит препятствием к созданию вычислительных средств с архитектурой, ориентированной на болееэффективное использование параллелизма обработки данных.Ассоциативный способ обработки данных позволяет преодолетьмногие ограничения, присущие адресному доступу к памяти, за счетзадания некоторого критерия отбора и проведение требуемых преобразований только над теми данными, которые удовлетворяют этому критерию.
Критерием отбора может быть совпадение с любымэлементом данных, достаточным для выделения искомых данных извсех данных. Поиск данных может происходить по фрагменту,имеющему большую или меньшую корреляцию с заданным элементом данных.Исследованы и в разной степени используются несколько подходов, различающихся полнотой реализации модели ассоциативнойобработки. Если реализуется только ассоциативная выборка с последующим поочередным использованием найденных данных, тоговорят об ассоциативной памяти или памяти, адресуемой по содержимому. При достаточно полной реализации всех свойств ассоциативной обработки используется термин ассоциативный процессор(рис. 3.23).Устройствоуправления,гРегистриндикаторовадреса| РгАП |Запоминающиймассив\| РгМ |ТОЯчейка 0Ячейка 1СхемасравненияТ71Ячейка п - 1Рис. 3.23.
Пример структуры ассоциативного процессора3.4. Перспективные типы процессоров ЭВМ271Ассоциативные системы относятся к классу SIMD и включаютнекоторое множество операционных устройств, способных одновременно по командам управляющего устройства вести обработку нескольких потоков данных. В ассоциативных вычислительных системах информация на обработку поступает от ассоциативных запоминающих устройств (АЗУ), характеризующихся тем, что информацияв них выбирается не по определенному адресу, а по ее содержанию.Матричные процессорыНаиболее распространенными из систем класса ОКМД (SIMD)являются матричные системы, которые наиболее приспособленыдля решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых объектов или данных.
Организация систем подобного типа напервый взгляд достаточно проста. Они имеют общее управляющееустройство, генерирующее поток команд и большое число процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих каждая свой поток данных. Таким образом, производительность системы оказывается равной сумме производительностей всех процессорных элементов. Однако на практике, чтобы обеспечитьдостаточную эффективность системы при решении широкого кругазадач, необходимо организовать связи между процессорными элементами, чтобы наиболее полно их загрузить.
Именно характер связей между процессорными элементами и определяет различиесвойств систем.Одним из первых матричных процессоров был SOLOMON(рис. 3.24). Система SOLOMON содержит 1024 процессорных элемента, которые соединены в виде матрицы 32 х 32. Каждый элементматрицы включает в себя процессор, обеспечивающий выполнениепоследовательных поразрядных арифметических и логических операций, а также оперативное ЗУ емкостью 16 Кбайт. Длина слова —переменная, от 1 до 128 разрядов, разрядность слов устанавливаетсяпрограммно. По каналам связи от устройства управления передаются команды и общие константы.
В процессорном элементе используется так называемая многомодальная логика, которая позволяет каждому процессорному элементу выполнять (или нет) общую операцию в зависимости от значений обрабатываемых данных. В каждыймомент все активные процессорные элементы выполняют одну и туже операцию над данными, хранящимися в собственной памяти иимеющими один и тот же адрес.Идея многомодальное™ заключается в том, что в каждом процессорном элементе имеется специальный регистр на четыре со-272Глава 3. Вычислительные системыОбщее устройство управленияIпз-*-;~ пэ'пэIпз;-»•пз'пзI_^пэпэ1пэРис.
3.24. Структура матричной вычислительной системы SOLOMONстояния — регистр моды. Мода (модальность) заносится в этот регистр устройством управления. При выполнении последовательности команд модальность передается в коде операции и сравниваетсяс содержимым регистра моды. Если есть совпадения, то операциявыполняется. В других случаях процессорный элемент не будет выполнять эту операцию, но может в зависимости от кода пересылатьсвои операнды соседнему процессорному элементу.
Такой механизмпозволяет выделить строку или столбец процессорных элементов,что эффективно при операциях над матрицами. Взаимодействуютпроцессорные элементы с периферийным оборудованием черезвнешний процессор.Дальнейшим развитием матричных процессоров стала системаILLIAS-4, разработанная фирмой BARROYS. Первоначально система должна была включать в себя 256 процессорных элементов, разбитых на группы, каждый из которых должен управляться специальным процессором.
Однако по различным причинам была создана система, содержащая одну группу процессорных элементов иуправляющий процессор. Если в начале предполагалось достичьбыстродействия в 1 млрд операций в секунду, то реальная системаработала с быстродействием 200 млн операций в секунду.
Эта система в течение ряда лет считалась одной из самых высокопроизводительных в мире.Матричная система ПС-2000 (СССР)В начале 80-х гг. в СССР была создана система ПС-2000, которая также является матричной (рис. 3.25). Основой этой системыявляется мультипроцессор ПС-2000, состоящий из решающего3.4. Перспективные типы процессоров ЭВМ273поля и устройства управления мультипроцессором. Решающее поле строится из одного, двух, четырех или восьми устройств обработки, в каждом изкоторых восемь процессорных элементов. Мультипроцессор, состоящий из64 процессорных элементов, обеспечивает быстродействие, равное 200 млнкоротких операций в секунду.Рис.
3.25. Система ПС-2000В 1972—1975 гг. в Москве, в Ин(СССР)ституте проблем управления АН СССР(ИПУ РАН) была предложена структура и архитектура ПС-2000 —мультипроцессора ОКМД (рис. 3.26). Ее авторам удалось найти оригинальное структурное решение, которое соединило относительнуюпростоту управления одним потоком команд с высокой гибкостьюпрограммирования высокопараллельной обработки информации.Найденные в ИПУ РАН структурные решения впервые сориентировали конструкторов на проектирование для таких задач недорогихвысокопараллельных компьютеров с высокой производительностьюв расчете на единицу стоимости. Предварительные исследования ирасчеты подтвердились. Производительность серийных комплексовПС-2000 достигла 200 млн операций в секунду.В 1980 г.
Госкомиссия приняла опытные образцы и санкционировала серийное производство ЭГВК. Сразу восемь экземпляровЭГВК ПС-2000, демонстрировавшихся на геофизических задачахПериферияНМД ЕС 5060,НМЛ ЕС 5012,УВПК ЕС 6012,АЦПУУТ-343,АЦПУ ЕС 7033,символьныйдисплей,ДМ-2000,цветнаяграфика,матричныйплоттер,видеокамера,аудио в/вРис. 3.26.
Структура ЭГВК ПС-2000274Глава 3. Вычислительные системы(пакет программ в составе СОС-ПС (НПО «Геофизика», Москва)),давали суммарную производительность около миллиарда операций всекунду. Столь высокая производительность проблемно-ориентированных ЭГВК ПС-2000 достигалась на хорошо распараллеливаемыхзадачах, которые характерны для многих практических применений.При решении таких задач на ЭГВК ПС-2000 достигался рекордный«гражданский» показатель «производительность/стоимость».С 1981 по 1988 гг. Северодонецким приборостроительным заводом Министерства приборостроения и средств автоматизации СССРбыло выпущено около 180 ЭГВК ПС-2000, мультипроцессоровПС-2000 — 242 шт. Высокопроизводительные и недорогие вычислительные комплексы ПС-2000 работали в различных областях народного хозяйства во всех регионах страны и на специальных объектах.Отечественное производство впервые в мире большим тиражомвыпустило высокопроизводительную многопроцессорную вычислительную систему.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
