Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 61
Текст из файла (страница 61)
SISCI API - интерфейс программирования нижнего уровняКомментарииSCI (ANSI/IEEE 1596-1992) - хорошо стандартизированная технология.Кроме стандартной сетевой среды, SCI поддерживает построение системс разделяемой памятью и с когерентностью кэшей. На коммуникационной технологии SCI основаны кластерные системы компании SCALIComputer, системы семейства hpcUne компании Siemens, а такжеcc-NUMA-сервера Data General и Sequent Технология SCI использовалась для связи гиперузлов в системах HP/Convex Exemplar X-classоснована система связи гиперузлов CTI (Convex TorroidalInterconnect) в системах HP/Convex Exemplar X-class, кроме того, наней построены кластерные системы SCALI Computer, системы семейства hpcLine компании Siemens, а также cc-NUMA сервера DataGeneral и Sequent.Традиционная область применения SCI — это коммуникационные среды многопроцессорных систем.
На основе этой технологиипостроены, в частности, компьютеры серии hpcLine от Siemens илимодульные серверы NUMA-Q от IBM, ранее известные как Sequent.Модульные SCI-коммутаторы Dolphin позволяют потребителямстроить масштабируемые, кластерные решения класса предприятияна платформах Windows NT/2000/XP, Linux, Solaris, VxWorks,LynuxWorks и NetWare с использованием стандартизованного оборудования и программного обеспечения.Коммуникационная среда MYRINETСетевую технологию Myrinet представляет компания Myricom,которая впервые предложила свою коммуникационную технологиюв 1994 г., а на сегодня имеет уже более 1000 инсталляций по всемумиру. Технология Myrinet основана на использовании многопортовых коммутаторов при ограниченных несколькими метрами длинахсвязей узлов с портами коммутатора.
Узлы в Myrinet соединяютсядруг с другом через коммутатор (до 16 портов). Максимальная длиналиний связи варьируется в зависимости от конкретной реализации.Как коммутируемая сеть, аналогичная по структуре сегментамEthernet, соединенным с помощью коммутаторов, Myrinet может од-308Глава 3. Вычислительные системыповременно передавать несколько пакетов, каждый из которых идетсо скоростью, близкой к 2 Гбит/с. В отличие от некоммутированных сетей Ethernet и FDDI, которые разделяют обшую среду передачи, совокупная пропускная способность сети Myrinet возрастает сувеличением количества машин. На сегодняшний день Myrinetчаще всего используют как локальную сеть (LAN) сравнительно небольшого физического размера, связывая вместе компьютеры внутри комнаты или здания. Из-за своей высокой скорости, малого времени задержки,- прямой коммутации и умеренной стоимости,Myrinet особенно популярен для объединения компьютеров в кластеры. Myrinet также используется как системная сеть (System AreaNetwork, SAN), которая может объединять компьютеры в кластервнутри стойки с той же производительностью, но с более низкойстоимостью, чем Myrinet LAN.
Пакеты Myrinet могут иметь любуюдлину. Таким образом, они могут включать в себя другие типы пакетов, включая IP-пакеты. Соединение вычислительных узлов садаптерами Myrinet в сеть происходит с помощью коммутаторов,которые имеют сейчас 4, 8, 12 или 16 портов. В коммутаторах используется передача пакетов путем установления соединения навремя передачи, для маршрутизации сообщений используется алгоритм прокладки пути (wormhole, «червоточина»). Коммутаторы, каки сетевые адаптеры, построены на специализированных микропроцессорах LANai фирмы Myricom (табл. 3.6).На физическом уровне линки Myrinet состоят из девяти линий:8 битов предназначены для передачи информации, интерпретируемой в зависимости от состояния девятого бита как байт данныхили управляющий символ; при этом на каждом линке обеспечиваТаблица 3.6 Характеристики технологий MyriconПроизводители оборудования MyricomПоказателипроизводительностиПиковая пропускная способность - 2 Гбит/с, полный дуплекс. Латентность - порядка 4 мксПрограммная поддержкаДрайвера для Linux (Alpha, x86, PowerPC, UltraSPARC), Windows NT (x86),Solaris (x86, UltraSPARC) и Tru64 UNIX.
GM - интерфейс программирования на нижнем урове. Пакеты HPVM (включает MPI-FM, реализацию MPIдля Myrinet), BIP-MPI и дрКомментарииMyrinet является открытым стандартом. Myricom предлагает широкий выбор сетевого оборудования по сравнительно невысоким ценам На физическом уровне поддерживаются сетевые среды SAN (System AreaNetwork), LAN (CL-2) и оптоволокно Технология Myrinet дает высокие возможности масштабирования сети и в настоящее время очень широко используется при построении высокопроизводительных кластеров3.6. Коммуникационные среды309ется управление потоком и контроль ошибок. Среда Myrinet выгодно отличается от многих других сред передачи, в частности SCI,простотой концепции и аппаратной реализацией протоколов. Онасодержит ограниченный набор средств управления трафиком, использующих приливно-отливный буфер, управляющие символы итаймерные интервалы.
Myrinet является открытым стандартом,компания Myricom предлагает широкий выбор сетевого оборудования по сравнительно невысоким ценам. Технология Myrinet даетбольшие возможности масштабирования сети и в настоящее времяшироко используется при построении высокопроизводительныхвычислительных кластеров.Коммуникационная среда RacewayКоммуникационная среда Raceway обеспечивает пропускнуюспособность на уровне 1 Гбайт/с; среда передачи создается с помощью коммутатора фирмы Cypress и соответствующих сетевых адаптеров. Коммутатор имеет шесть портов, пропускная способность каждого составляет 160 Мбайт/с. Порт состоит из 32 сигнальных линий данных и пяти управляющих линий. При начале транзакциисреда Raceway предварительно устанавливает соединение, задержкав коммутаторе при установлении соединения составляет примерно125 не.
Структуры вычислительных систем, создаваемых с помощьюRaceway, аналогичны тем, которые применяются в случае использования сети Myrinet или коммутаторов и адаптеров SCI. Разница заключается в количестве портов коммутаторов, форматах передаваемых пакетов и в протоколах.Коммуникационная среда Raceway принята в качестве стандарта(ANSI/VINA 5-1994).Коммуникационные среды на базе транспьютероподобныхпроцессоровТранспьютер — это микроэлектронный прибор, объединяющийна одном кристалле микропроцессор, быструю память, интерфейсвнешней памяти и каналы ввода-вывода (линки), предназначенныедля подключения аналогичных приборов.
Прибор спроектировантаким образом, чтобы максимально облегчить построение параллельных вычислительных систем. При соединении транспьютерныхэлементов между собой требуется минимальное число дополнительных интегральных схем. Связь между транспьютерами осуществля-310Глава 3. Вычислительные системыется путем непосредственного соединения линка одного прибора слинком другого. Это позволяет создавать сети с различными топологиями с большим числом элементовТранспьютер представляет собой микропроцессор, в состав которого входят:1) ЦПУ с сокращенным набором команд (RISC);2) 64-разрядный сопроцессор (FPU) плавающей арифметики свысокой пиковой производительностью, работающий параллельно сЦПУ;3) внутрикристальное ОЗУ;4) 32-разрядная шина памяти;5) четыре последовательные двунаправленные линии связи(link), обеспечивающие взаимодействие транспьютера с внешниммиром, работающие параллельно;6) таймер;7) системные управляющие сигналы «.инициализация», «анализ»,«ошибка», управляющие загрузкой и анализом состояния транспьютера, сигнализирующие об ошибках;8) интерфейс внешних событий (event), обеспечивающий асинхронную связь внутреннего процесса и внешнего события.Транспьютеры размещаются на транспьютерных модулях(TRAM или ТРАМ) — дочерних платах, содержащих транспьютер,ОЗУ, переключатели для выбора режимов, и интерфейс, включающий гнезда/штекеры питания, четыре линии связи, линии внешнихсобытий и системных управляющих сигналов.
В зависимости от состава ТРАМ может иметь разные физические размеры, которыестандартизованы и пронумерованы. Так, наименьший по размеруТРАМ имеет номер 1, следующий — 2 и т. д.ТРАМы размешаются на объединительных платах, которыелибо непосредственно включаются в некоторый компьютер, либосоединенные вместе составляют сетевой компьютер. Известно дватипа объединительных плат, подключаемых к компьютеру (вычислительные транспьютерные платы):1) загружаемые по линии связи платы общего назначения, начальная загрузка которых осуществляется программой главногокомпьютера по линии связи, соединяющей главный компьютер итранспьютер (корневой транспьютер), специально выделенный длявзаимодействия с главным компьютером;2) загружаемые из ПЗУ платы, предназначенные для автономных, встроенных систем.Изначально транспьютеры производила фирма Inmos. В настоящее время ряд зарубежных фирм пошел по пути создания3.7.
Коммутаторы для многопроцессорных ВС311транспьютероподобных микропроцессоров, имеющих гораздо большую вычислительную мощность, чем транспьютер фирмы Inmos(например, фирма Texas Instruments выпустила сигнальный процессор TMS320C40 с производительностью 50 Мфлопс).Возникновение высокопроизводительных параллельных вычислительных систем на базе транспьютеров и транспьютероподобныхмикропроцессоров в свое время потребовало создания новых эффективных операционных систем.3.7. Коммутаторы для многопроцессорныхвычислительных системКоммуникационные среды вычислительных систем (ВС) состоят из адаптеров вычислительных модулей (ВМ) и коммутаторов,обеспечивающих соединения между ними.Используются как простые коммутаторы, так и составные, компонуемые из набора простых.
Простые коммутаторы могут соединять лишь малое число ВМ в силу физических ограничений, однакообеспечивают при этом минимальную задержку при установлениисоединения. Составные коммутаторы, обычно строящиеся из простых в виде многокаскадных схем с помощью линий «точка—точка», преодолевают ограничение на малое количество соединений,однако увеличивают и задержки.Простые коммутаторыИзвестно два основных типа простых коммутаторов:• с временным разделением;• с пространственным разделением.Простые коммутаторы с временным разделением.
Простые коммутаторы с временным разделением используются в системах SMP,например Power Challenge от SGI. Простые коммутаторы с временным разделением называются также шинами или шинными структурами. Все устройства подключаются к обшей информационноймагистрали, используемой для передачи информации между ними(рис. 3.41). Обычно шина является пассивным элементом, управление передачами осуществляется передающими и принимающимиустройствами.
Достоинства: простота управления и высокое быстродействие. Недостатки: малое количество входов и выходов.372Глава 3. Вычислительные системыПроцессорПамятьПамятьЯСtt\\Ввод-выводиПроцессори>кПамятьРис. 3.41. Общая схема шинной структурыПроцесс передачи выглядит следующим образом.Передающее устройство сначала получает доступ к шине, далеепытается установить контакт с устройством-адресатом и определитьего способность к приему данных. Принимающее устройство распознает свой адрес на шине и отвечает на запрос передающего. Далеепередающее устройство сообщает, какие действия должно произвести принимающее устройство в ходе взаимодействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
