Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры по Вычислительным сетям, системам и телекоммуникациям - файл 041020_B878E_shpora_po_vychislitelnym_sistemam_setyam_i_telekommunikaciya.doc


Шпоры по Вычислительным сетям, системам и телекоммуникациям
скачать (875.3 kb.)

Доступные файлы (36):

041020_B878E_shpora_po_vychislitelnym_sistemam_setyam_i_telekommunikaciya.doc95kb.24.06.2010 20:26скачать
304_E7M.docx111kb.24.06.2010 20:29скачать
312_QV7.docx113kb.24.06.2010 20:29скачать
№10. Режимы работы ЭВМ.txt1kb.19.01.2010 12:53скачать
№18. Классификация вычислительных систем..txt1kb.19.01.2010 12:56скачать
№19.Архитектуры вычислительных систем и их применение.txt1kb.19.01.2010 12:58скачать
№1.Общие принципы построения вычислительных машин.txt2kb.19.01.2010 12:43скачать
№23.Эталонная модель взаимодействия открытых систем.txt2kb.19.01.2010 13:00скачать
№24.Управление доступом к передающей среде.txt2kb.19.01.2010 13:02скачать
№25.Программное обеспечение сетей.txt1kb.19.01.2010 13:03скачать
№26.Передача дискретных сообщений на канальном уровне.txt2kb.19.01.2010 13:04скачать
№27.Маршрутизация в телекоммуникационных сетях.txt8kb.19.01.2010 13:06скачать
№29.Обеспечение достоверности передачи информации.txt1kb.19.01.2010 13:07скачать
№2.Основные характеристики и классификация компьютеров..txt2kb.19.01.2010 12:45скачать
№30. Способы коммутации в телекоммуникационных сетях.txt1kb.19.01.2010 13:09скачать
№31.АТМ технология.txt2kb.19.01.2010 13:10скачать
№33.Технологии ЛКС Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.txt2kb.19.01.2010 13:13скачать
№34.Технологии ЛКС Token Ring.txt2kb.19.01.2010 13:12скачать
№36----№37.Программное обеспечение и функционирование ЛКС.txt23kb.19.01.2010 13:18скачать
№37.Организация и функционирование виртуальных ЛКС.txt3kb.19.01.2010 13:28скачать
№3. Структурные схемы и взаимодействие устройств компьютера..txt2kb.19.01.2010 12:47скачать
№41.Адресация в IP-сетях.txt2kb.19.01.2010 13:14скачать
№42.Корпоративные компьютерные сети, характеристики и типовая структура.txt5kb.19.01.2010 13:20скачать
№43.Программное обеспечение корпоративных компьютерных сетей.txt13kb.19.01.2010 13:22скачать
№44.Сетевое оборудование корпоративных компьютерных сетей.txt14kb.19.01.2010 13:23скачать
№46.Эффективность функционирования коммуникационных сетей.txt4kb.19.01.2010 13:26скачать
№47.Основные направления развитие компьютерных сетей.txt4kb.19.01.2010 13:24скачать
№4----№8.txt4kb.19.01.2010 12:49скачать
№9. Программное обеспечение ЭВМ.txt2kb.19.01.2010 12:52скачать
Структура ЛКС.txt2kb.19.01.2010 13:29скачать
40.docx23kb.03.01.2010 13:24скачать
Организация и функционирование виртуальных.docx13kb.12.01.2010 16:24скачать
Ответы.docx493kb.03.01.2010 20:32скачать
Продолжение.docx102kb.04.01.2010 11:47скачать
Три типа коммутации.docx12kb.12.01.2010 19:58скачать
Шпоры.docx24kb.11.01.2010 23:16скачать

содержание
Загрузка...

041020_B878E_shpora_po_vychislitelnym_sistemam_setyam_i_telekommunikaciya.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
1.Назначение и состав системы ввода-вывода.

Система ввода-вывода (СВВ) предназначена для выполнения трех из пяти основных функций ВМ: собственно ввода, вывода и долговременного хранения информации (две другие функции - это обработка информации и управление этой обработкой). В состав системы ввода-вывода входят:

1. Периферийные устройства, которые можно подразделить на: - устройства ввода информации; - устройства вывода (отображения) информации; - устройства вывода информации на исполнительные устройства (управле- ние техническими и производственными объектами и т.д.); - устройства долговременного хранения информации.

2. Контроллеры (адаптеры) периферийных устройств, отвечающие за управле- ние периферийными устройствами и обмен между ними и ядром ЭВМ.

3. Внешние параллельные и последовательные каналы обмена и соответст- вующие контроллеры этих каналов.

4. Системные шины и их контроллеры.

5. Контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти (ПДП).

6. Подсистемы процессора, отвечающие за ввод/вывод, организацию ПДП и реакцию на прерывания и др.

в организацию ВМ use принципы модульности и магистральности. Модульность-построение из модулей и с применением стандартного интерфейса.

Модуль-плата расширения, на к-ой реал-н адаптер или контроллер, соединяющий ПУ с СШ.

Принцип магистральности озн-ет use инф-го обмена м\у уст-ми ВМ магистралей(шин), к к-м подключаются модули.

Use иеархия шин, отл-ся пропускной способностью,набором сигналов и протоколов. На самом верху иерархии Шина Памяти,следом,Шина ПУ,потом Шина Памяти.

Важнейшими принципами взаим-я м\у модулями яв-ся:

1.Принцип подчиненности. Одно устройство ведущее, др.ведомое. Одно подчиняется другому.ведущее уст-во управ-ет процессами обмена.

2.принцип квитирования. Базируется на use специального сигнала quit(квитанция).Данный сигнал форм-ся ведомым уст-м и use ведущим уст-м, как разрешение завершения цикла обмена.это позв-ет осуществить обмен с различными модулями.

3.Принцип унификации хар-к модулей. Речь идет о элек-ой,информационной и контр-ой совместимости модулей.

Инф.совместимость - пред-ет одинаковый состав управление сигналов в линии шин форматов адресов и данных, а также протоколов обмена. Требования к инф. Совместимости влияют на инф. Организацию адаптеров и контроллеров.

Электрическая совместимость-это согласованность параметров электррических сигналов,согласованность нагруз-й сп-ти смгнала и входной ток в приёмник.

Конст-ая совместимость- унификация модулей шины и корпуса ВМ по конструктивным параметрам.

4 осн-х клас-х признака интерфейса:

  • сп-б соед-я компонент(магистральный,радиальный,цепочечный,смешанный)

  • способ передачи информации(параллельный,послд-ый)

  • принцип обмена информации (ассинхронный,синхронный)

  • режим передачи информации (дуплексный, полудуплексеый,симплекс)

  • осн. Режимы В\В информации.



2. Сп-бы обмена информацией:

А)прогр. управ-ая передача (синхронная,ассинхронная),

Б)передача с прерыванием

В)DMA.

^ А) ведущее устройство всегда процессор.

1)При синх-ой происходит обмен с быстродействующими ПУ для обмена с ними не требуется доп-й синхронизации.

2) Ассинхр-я передача use с теми уст-ми, быстр-ие к-х значительно ниже быстродействия процессора. Они являются более универсальным и более сложным сп-м обмена. Необ-мо use спец. сред-ва синхронизации процесса приема\передачи. Эти ср-ва сод-ся в адапторе или контроллере ПУ. Этот адаптер подк-ся к шине и яв-ся посредником м\у ПУ и вычислительным ядром.

Существуют 3 сп-ба программного ввода,вывода.

1) прямой, используется для синхронных ПУ, т.е. устройств, которые всегда готовы к работе и циклов ожидания не требуется.2) условный с занятием цикла, когда при не готовности ПУ, процессор ждет до тех пор, пока наступит его готов- ность.3) условный с совмещением. В отличие от предыдущего, процессор не ждет готовности ПУ, а переходит к продолжению программы с периодической проверкой го- товности ПУ.

^ Б)Передача с прерыванием.

гл.особенностью яв-ся то,что инициатором обмена яв-ся не проц, а ПУ,запросившее обмен. Возможность прерывания проги яв-ся важным архитектурным свойством ВМ,к-ое позв-ет увеличить произ-ть проца, при выполнении неск-х параллельных процессов прог,трею-х в произв-ые мосенты времени упр-я и обслуживания со стороны проца.

Реал-я обмена с прерыванием требует более сложной аппаратной поддержки,т.е.ПУ должно сод-ть спец-ю схему форм-ю сигнал запроса прерывания. Данное ПУ посыоает запрос к процу на завершение проги. Проц обнаружив сигнал запроса завершает вып-ие операций,к-ые нельзя прерывать, затем запоминает свое текущее состояние(адрес возврата), затем идент-ся источник прерывания и после этого переходит к подпрограмме обр-ки прерывания. По завершени данной подпрограммы проц восстанавливает состояние на момент прерывания и возвращает управление прерванной проги.

В)DMA.

Этот режим используется для высокоскоростных ПУ.

Процессор, получив от КПДП заявку на прямой доступ, прерывает свою работу и отключается от интерфейса, передавая его задатчику, т.е. КПДП. Процессор при этом не выполняет контекст- ного переключения, а может продолжать свою работу, если она не требует интерфейса. Управле- ние интерфейсом переходит к КПДП, который посредством выполнения операций чтения и записи передает информацию между ОЗУ и ПУ с соответствующим заданием адресов памяти. В этом ре- жиме используется механизм задания уровня приоритетов для тех ПУ, которые работают с пря- мым доступом к памяти. Этот режим также должен быть предусмотрен в интерфейсах. Как следует из вышеизложенного, канал ввода-вывода (главный контроллер) реализует функ- ции управления общие для всех ПУ, а контроллер внешнего интерфейса учитывает специфику ин- терфейса, связывающего его с соответствующим ПУ. В компьютерах, которые работают с малой интенсивностью ввода-вывода, главный контрол- лер (канал) ввода-вывода обычно отсутствует, а его функции берет на себя процессор. В этом слу- чае процессор работает непосредственно с контроллером ввода-вывода ПУ, что упрощает струк- туру компьютера.


^ 3. Базовая система ввода/вывода BIOS. Тест самоконтроля POST. Основные функции BIOS. Программа SETUP

Базовая система ввода/вывода (BIOS) является неотъемлемой составной частью современного ПК и содержит от 64 до 128 Кбайт информации. Эта инф-я представлена в виде подпрограмм, к-ые логически объединены в след-е блоки: POST – процедуры, собственно BIOS, SETUP и внесистемный загрузчик. Тест самоконтроля (РOST) начинает авт-ки вып-ся при вкл-и питания компьютера или при нажатии клавиши RESET. Это так называемая “холодная” перезагрузка компьютера. РOST пред-ет собой сов-ть подпрограмм, предназначенных для тестирования наиболее важных составных частей компьютера, таких как клавиатура, оперативная память, видеосистема и ряд других. При выявлении ошибки компьютер либо выдает комбинацию длинных или коротких гудков, либо высвечивает на экране монитора номер соответствующей ошибки.

^ Основные функции собственно BIOS заключаются в организации взаимодействия между электронными узлами ПК, а также между ними и внешним программным обеспечением. BIOS представляет собой набор подпрограмм, выполнение которых активизирует конкретные модули и узлы ПК. С помощью этих подпрограмм осуществляется ввод данных с клавиатуры, формируется отображение информации на мониторе, выполняются функции чтения/записи файлов на диск и т.д. То есть BIOS является промежуточной средой, через которую любая прикладная программа или операционная система осуществляет управление периферийными по отношению к микропроцессору устройствами ПК.

Кроме РOST и BIOS в микросхемах ПЗУ также размещается специальная программа SETUР, которую можно вызвать сразу после включения компьютера удерживанием клавиши DEL или F1 клавиатуры. Данная программа позволяет интерактивно конфигурировать компьютер в зависимости от установленного в нем периферийного оборудования, выполнять процедуры форматирования жесткого диска, установки системных даты и времени и проводить ряд других важных установок. Как правило, пользователи редко обращаются к SETUР, но тем не менее ознакомиться с ее возможностями весьма полезно. Обычно обращения к SETUP осуществляются при смене жесткого диска, поскольку в этом случае, необходимо указать его характеристики.
^ 4. Вычислительная сеть.

ВС-это система ВМ, об-ая каналом передачи данных и пред-на для вып-я 3х осн-х задач: хранение и обработка данных, организация польз-ля к д-м, передача результатов, обработка данных юзером.

Эф-ть решения этих задач обеспечиваются:

  1. распр-ми в сети аапаратными, прогр-ми и информ-ми рес-ми.

  2. Дистанц-м доступом юзеров к любым видам этих ресурсов

  3. наличие центр-ой БД, наряду с распр-ми БД

  4. высокая надеж-ть функцион-ия сист-ы, обесп. резерв-ием ее элем-ов

  5. возм-ть перераспр-я нагрузки в пиковые периоды

  6. специал-я отд-х узлов сети для реш-я задач опр-го класса

  7. решение слож. задач совм-ми усилиями немк-х узлов сети

  8. дистанц-е,информац-е обслуж-е клиентов.


^ 5. Основные показатели качества ВС.

1)полнота выполняемых функицй 2)производительность (среднее кол-во запросов юзера сети в ед. времени). Зависит от :3)времени передачи запроса от юзера к узлу,время вып-я запроса пользователя,время 4)передачи ответа польз-ля. 5)Пропускная способность сети-то кол-во передач данных через сеть за ед.t

6)надежность 7)дост-ть полученной информации в рез-те работы системы

8)своевр-ть информации 9)безопасность сети10)прозразность сети (невидимость внутр-ей архитектуры сети для юзера)

11)масштабируемость 12)универсальность сети 13)стоимость

^ 6.Параллельные ВС.

При построении параллельных вычислительных систем (ВС) разработчиками могут ставиться различные цели, такие, например, как: - повышение производительности; - улучшение показателя производительность / стоимость; - повышение надежности функционирования (системы высокой готовности) и т.д. Параллельные вычислительные машины и системы могут классифицироваться по раз- личным признакам. К наиболее распространенным можно отнести следующие классификации:

1 По управляющему потоку

А)управляемые потоком команд (IF- instruction flow) ;

Б)управляемые потоком данных (DF- dataflow) .

Системы с управлением потоком данных иногда называют просто потоковыми архитектурами .

2По использованию памяти :

А) с общей памятью («разделяемая память»);

Б)с локальной памятью для каждого процессора. Общая разделяемая разными процессорами память может быть физически распределена по вычислительной системе. С другой стороны, под распределенной памятью понимают обычно систему, при которой каждый процессор имеет свою локальную память, с локальным адресным пространством. Для общей памяти, доступ к которой осуществляется разными процессорами в системе за одинаковое время, существует термин UMA (память с одинаковым временем доступа). В случае, когда время доступа к разным адресам общей памяти для разных процессоров неодинаково (обычно это характерно для физически распределенной общей памяти), используют термин Non-UMA (память с различным временем доступа) .

3. По способу обмена между процессорами:

А)через общую разделяемую память;

Б)через передачу сообщений.

4. По используемому типу параллелизма :

- естественный или векторный параллелизм (используется в векторных и матричных вычислительных системах);

- параллелизм независимых ветвей («крупнозернистый» или «Coarse Grain») - используется в симметричных многопроцессорных системах Symmetric MultiProcessor (SMP), а также в системах MIMD;

- «мелкозернистый» («Fine Grain») параллелизм - используется в многопроцессорных системах типа MIMD, в системах с массовым параллелизмом и др.;

- параллелизм смежных операций (Instruction Level Parallelism - ILP) - используется в ЭВМ с длинным командным словом - VLIW и др.

5По способу загрузки данных: .

- с последовательной загрузкой (последовательным кодом - по битам) ;

- с параллельной загрузкой (по словам);

- с последовательно-параллельной загрузкой.

6. По системе коммутации :

- полносвязанные МПВС (каждый процессор связан с каждым);

- с выделенным коммутатором ; -

с общей шиной ;

- линейный или матричный массивы (связаны друг с другом соседние процессоры) ;

- гиперкубы (связаны соседние ПЭ, но массивы многомерные); - параллельные машины с изменяемой конфигурацией связей; - с программируемыми коммутаторами .

7. По сложности системы коммутации (по кол-ву уровней иерархии) :

- с коммутирующей цепью (сетью)

- один уровень коммутации ;

- с кластерной коммутацией (когда группы вычислительных устройств объединены с помощью одной системы коммутации, а внутри каждой группы используется другая).

8 По степени распределеннности ВС :

- локальные вычислительные системы ;

- вычислительные комплексы (в том числе - сильносвязанные - с обменом через общую память и слабосвязанные - с обменом через передачу сообщений).

- как вариант вычислительных комплексов - кластерные архитектуры;

- распределенные вычислительные комплексы, в том числе - сети ЭВМ и распределенные кластерные системы.

9. По организации доступа к общим ресурсам:

симметричные многопроцессорные системы (все процессоры имеют одинаковый доступ к общим ресурсам);

асимметричные (master-slave) многопроцессорные системы с разными возможностями доступа для разных процессоров.
^ 7. Параллельные ВС: SISD, SIMD, MISD, MIMD

Данная классификация предложена американским ученым Флинном (Flinn) в начале 70-х годов и используется до настоящего времени. Он предложил подразделять все ВС на 4 группы :

^ 1) ОКОД - Одиночный поток команд / Одиночный поток данных ( SISD). Это ВС и ЭВМ обычного последовательного типа ( фон- Неймановкой архитектуры). Для данных ЭВМ параллельная обработка реализуется в виде многозадачной обработки (системы с разделением времени и др.). При этом в дан- ный момент времени ЦП или ОУ занято выполнением какой-то одной задачи.

ОКМД - Одиночный поток команд

^ 2) Множество потоков данных ( SIMD). Такая архитектура характерна для векторных и матричных ВС, выполняющих специальные векторные и матричные операции как параллельные опера- ции для разных потоков данных. Под потоками данных подразумеваются последова- тельности элементов векторов (для векторных ВС) или строки матриц (для матричных ВС). В последние годы SIMD-расширения реализованы в системах команд процессоров общего назначения (MMX, SSE, SSE2 - Intel, 3DNow! - AMD, AltiVec - Motorola и др.) - МКОД - Множество потоков команд

^ 3) Одиночный поток данных ( MISD). Данная архитектура соответствует ВС конвейерного типа, в которых один поток данных проходит разные ступени обработки в разных процессор- ных элементах (ПЭ). Архитектуры типа ОКМД и МКМД используются при построении высокопроизводи- тельных систем разного уровня, начиная от простых конвейерных ВС до супер-ЭВМ с векторными и параллельными процессорами. МКМД - Множество потоков команд

^ 4) Множество потоков данных ( MIMD - Multiple Instruction / Multiple Data ). Такая архитектура характерна для ВС сверхвысокой произво- дительности, в которых множество ПЭ, выполняющих каждый свою вычислительную подзадачу (процесс), обмениваются потоками команд и данных в разных направлениях (транспьютерные системы, системы с массовым параллелизмом и др. - рис. 6.1.) Помимо четырех выделенных групп, иногда выделяют дополнительные, находящиеся на границе между перечисленными, например, MSIMD или MMISD - соответственно Multi-SIMD, или Multi-MISD - системы с несколькими параллельно работающими SIMD или MISD - блоками.


^ 8. Параллельные вычислительные системы типа SIMD. Векторные ВС.

К ВС типа SIMD относят, прежде всего, ассоциативные и векторные ВС. Ассоциа- тивные ВС строятся, как можно заключить из названия, на базе ассоциативной памяти. для ассоциативной памяти характерны аппаратные механизмы поиска информации с задан- ным адресным признаком по различным мерам сходства и т.н. вертикальная обработка. В ассоциативных вычислительных системах помимо поиска могут аппаратно реализо- вываться различные механизмы обработки данных, применяемые к данным с подходя- щими тегами с использованием все той же вертикальной обработки, то есть — параллельно захватывающие все ячейки памяти, или по крайней мере - все строки массива накопителя ассоциативной памяти.

К векторным относят системы, включающие в свои системы команд специальные векторные (матричные) операции, такие, как векторное и матричное сложение, умноже- ние вектора на матрицу, умножение матрицы на константу, вычисление скалярного про- изведения, свертки и т.д.

двух основных вида векторных систем :

  • В векторно-конвейерных системах в основе ускорения вычислений лежит принцип конвейерной обработки последовательности компонент векторов и матриц

  • В векторно - параллельных системах различные компоненты векторов и матриц при выполнении векторных операций обрабатываются параллельно на параллельно работающих ПЭ.

Для векторно-конвейерных машин характерно : 1. Поддержка специальных векторных, матричных операций в системе команд.

  1. Ускорение обработки векторов за счет конвейеризациии выборки и собственно обработки в конвейерных исполнительных устройствах..

  2. Наличие векторных регистров.

  3. Развитые механизмы адресации и выборки/записи в память.

  4. Сочетание векторных и скалярных регистров и обрабатывающих устройств для эффективной реализации алгоритмов, требующих выполнения как векторных, так и скалярных вычислений.

  5. Наряду с конвейр-й операций в вект-х ВС use и конв-я команд.

Недостатком векторно-параллельных машин является сравнительно низкая эффектив- ность в смысле загрузки процессорных элементов.

Кроме того, программирование векторно-параллельных ЭВМ осуществляется в целом сложнее, чем для векторно-конвейерных.

В целом векторные машины характеризуются высокой пиковой производительно- стью при полной загрузке их вычислительных устройств.


^ 9. Параллельные ВС типа MIMD: систолические структуры.

Под систолической структурой можно понимать массив (сеть) вычислительных «клеток» (ПЭ), связанных каналами обмена. Число соседних клеток ограничено. Каждая клетка работает по своей программе (что характерно для систем МКМД). Обмен данными и управляющими сигналами осуществляется только с соседними клетками. Обмен с опе- ративной памятью происходит только на границе массива клеток.

Особенностью работы систолических структур является отсутствие накопления информации в локальных блоках памяти и возвратов потоков данных назад для циклической обработки.

Для эффективной реализации вычислений в систолической структуре необходимы так называемые систолические алгоритмы, рассчитанные на аппаратную систоличе- скую реализацию. Они должны удовлетворять определенным требованиям, среди ко- торых : 1) Регулярность, однонаправленность графа вычислений (потокового графа) ал- горитма. 2) Ацикличность алгоритма. 3) Возможность разбиения алгоритма на этапы одинаковой сложности и дли- тельности выполнения для построения конвейера. 4) Возможность распараллеливания вычислений. 5) Отсутствие необходимости в больших объемах памяти для сохранения про- межуточных результатов и накопления информации. 6) Локальность пересылок информации, отсутствие необходимости в длин- ных пересылках. 7) Минимальное количество развилок в алгоритме и т.д. 8) Минимальное количество входных и выходных точек алгоритма.
^ 10. Системы с массовой параллельной обработкой

(MPP) включают тысячи, десятки, иногда - сотни тысяч процессорных элементов. Подобные системы могут иметь различную организацию. Одни системы относят к категории SIMD с мелкозернистым параллелизмом. Они работают под управлением специальных управляющих ЭВМ, раздающих зада- ния процессорам и контролирующих их коммутацию и обмен.

В других системах с массовой параллельной обработкой процессорные элементы представляют собой достаточно мощные и автономные вычислительные устрой- ства (например, высокопроизводительные процессоры общего назначения), выполняю- щие собственные программы вычислений. В таких системах может использоваться кластерная организация.
^ 11. Системы с общей и распределенной памятью

Наиболее естественным кажется использовать для обмена общую память (shared memory). При этом адресное пространство памяти доступно всем процессорам, которые помещают результаты своей работы, а также - считывают исходную информацию из общедоступного ресурса (в зависимости от характера и объемов обрабатываемой ин- формации она может храниться в оперативной памяти, либо - во внешней). Как уже отмечалось ранее, общая память может быть физически распределенной (Non-UMA), либо - с одинаковым временем доступа (UMA). Проблемы возникают при синхронизации работы с общими областями памяти (здесь задействуются механизмы семафоров, транзакций, атомарных операций и т.д.), при организации виртуальной памяти, при ускорении доступа к памяти в физически распределенной системе памяти и так далее. Для упрощ-я синхрон-ии памяти и для ускор-я обмена в целом предпочт-нее обмен крупными блоками данных, вып-ый реже, по срав-ию с частым обменом мелкими порциями данных.

При исп-ии логически распред-ной между проц-ми памяти каждый проц-р раб-т со своим адресным простр-вом, а обмен инф-ии происх-т путем передачи сооб-й м/у проц-ми. При этом аппаратная орг-ция паралл-ой сист-ы упрощ-ся, для постр-я мультипроц-ых систем подойдут даже станд-е телекоммуникац-е ср-ва, напр, аппаратура и протоколы локальных сетей.

^ 12. Кластерные вычислительные системы

Среди мультипроцессорных систем большое распространение получили архитектуры, называемые кластерными . Термин «кластерная архитектура» трактуется в настоящее время достаточно широко. Ключевым является понятие кластера как группы каких-то относительно самостоятельных, но тесно взаимодействующих устройств. В качестве вычислительных узлов обычно используются доступные на рынке однопроцессорные компьютеры, двух- или четырех-процессорные SMP- серверы. Каждый узел работает под управлением своей копии операционной системы. Состав и мощность узлов могут меняться в рамках одного кластера, что дает возможность создавать неоднородные системы. Выбор конкретной коммуникационной среды определяется многими факторами: особенностями класса решаемых задач, доступным финансированием, необходимостью последующего расширения кластера и т.д. Возможно включение в конфигурацию кластера специализированных компьютеров, например, файл-сервера. Как правило, предоставляется возможность удавленного доступа на кластер через Интернет. Т.о. под кластерами понимают, во-первых, вычислительные системы, построенные по иерархическому принципу, использующие кластерную коммутацию, во-вторых, группы автономных вычислительных машин, работающих под управлением общих вычислительных программ (вычислительные кластеры в том числе - на базе сегментов локальных сетей), в- третьих, серверные системы высокой готовности, включающие несколько (по крайней мере 2) автономных подсистем и т.д. Кластеры реализуются как системы с передачей сообщений. Кластеризация позволяет упростить организацию обмена и в целом повысить эффективность системы за счет разумной иерархии и оптимального разделения задач по группам вычислителей. Нередко кластеры разбиваются на разделы, например, вычислительный раздел (самый многочисленный) с достаточно мощными процессорами, раздел визуализации, в который входят компьютеры с видеокартами, раздел хранения данных с большими по емкости жесткими дисками и управляющий раздел. Все разделы соединены сетью, которая поддерживает параллельные приложения. Для управляющих и служебных целей может использоваться другая сеть со стандартными сетевыми технологиями (например, Gigabit Ethernet или Fast Ethernet). С точки зрения вычислительной мощности простейшие кластеры как вычислительные комплексы на базе автономных ВМ (в том числе - ПК) могут составлять конкуренцию дорогим вычислительным системам, при этом обладая существенным преимуществом – они намного дешевле. Здесь на первый план выходит эффективное программное обеспечение для параллельной обработки. Чаще всего подобные вычислительные кластеры строятся на базе систем, работающих под управлением ОС UNIX.


^ 13.Потоковые вычислительные системы

Под потоковыми ВС понимают обычно ВС, управляемые потоком данных (DataFlow). Это довольно интересный класс вычислительных систем, в которых очередной поток вычислений в соответствии с алгоритмом инициируется не очередными инструкциями программы, а готовностью к обработке необходимых данных. С каждой операцией в программе связан набор ее операндов, которые снабжаются флагами готовности к обработке. При установке всех флагов операция отправляется на выполнение. Потенциально такой подход позволяет достичь высокой степени параллелизма, т.к. потоковая архитектура пытается извлечь максимальный параллелизм из всех заданных вычислений. Эффективность подобных структур во многом определяется эффективным программированием, задачей которого является формулировка задачи в терминах параллельных и независимых операций. На первый план выходит не эффективное построение процедуры вычислений, а выявление взаимосвязей между потоками данных в задаче. В значительной степени это задача соответствующего оптимизирующего компилятора. Потоковые вычисления нашли применение в современных суперскалярных процессорах и процессорах с длинным командным словом. Причем если в VLIW-структурах задача выявления параллельных потоков в большей степени решается программным обеспечением, то в суперскалярных процессорах логика управления многопотоковым конвейером как раз и реализует механизм, напоминающий управление потоком данных, но средствами самого процессора. Действительно, последовательный поток инструкции программы в суперскалярном процессоре транслируется в параллельные потоки внутренних инструкций, операнды которых снабжаются признаками готовности, которые, в том числе, зависят и от работы механизма динамической оптимизации команд. Так что системы, управляемые потоком данных, так или иначе, находят применение в современной вычислительной технике.


Скачать файл (875.3 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru