Разновидности архитектур вычесл систем

Архитектура В.С

Архитектура ВС основывается на структурной и функциональной имитации

Коллектива (ансамбля) вычислителей.

Структура коллектива вычислителей есть отображение следующих основных

Архитектурных принципов:

1.паралелизма при обработки информации (параллельного выполнения операции на многих вычислителях, взаимодействуя через связи структуры;

2.программоемкостные структуры(настройка структуры сети между вычислителями, которые достигают программным способом);

3.Однородность структуры (однородность вычислителей и структуры).

Конвейерные ВС – это системы, архитектура которых является предельным вариантом эволюционного развития последовательной ЭВМ и простейшей версией модели коллектива вычислителей. В основе таких систем лежит конвейерный (или цепочечный) способ обработки информации, а их функциональная структура представляется в виде “последовательности” связанных элементарных блоков обработки (ЭБО) информации. Все блоки работают параллельно, но каждый из них реализует лишь свою операцию над данными одного и того же потока. Сказанное позволяет относить конвейерные ВС к MISD-системам (рис. 1). Реальные промышленные высокопроизводительные ВС являются, как правило, мультиконвейерными. В них единое управляющее устройство (управляющая ЭВМ или подсистема, контроллер и т.п.) формирует один поток команд и несколько параллельных потоков данных на подсистемы–конвейеры. Последнее обстоятельство позволяет относить такие мультиконвейерные ВС к системам с архитектурой SIMD.

Матричные ВС основываются на принципе массового параллелизма, в них обеспечивается возможность одновременной реализации большого числа операций на элементарных процессорах (ЭП), “объединенных” в матрицу. Каждый ЭП – композиция из арифметико-логического устройства (АЛУ) и локальной памяти (ЛП); последняя предназначается для хранения части данных (но не части программы или параллельной ветви!). Поток команд на матрицу ЭП формируется устройством управления (следовательно, оно имеет в своём составе память для хранения программ обработки данных). Такие ВС рассчитаны, в частности, на решение задач матричной алгебры. Они имеют SIMD-архитектуру в классическом виде.

Мультипроцессорные ВС – обширная группа систем, в которую, в частности, могут быть включены конвейерные и матричные ВС (а также многомашинные ВС). Однако принято к мультипроцессорным ВС относить системы с MIMD-архитектурой, которые состоят из множества (не связанных друг с другом) процессоров и общей (возможно и секционированной, модульной) памяти; взаимодействие между процессорами и памятью осуществляется через коммутатор (общую шину и т.п.), а между процессорами – через память.

Распределенные ВС – мультипроцессорные ВС с MIMD-архитектурой, в которых нет единого ресурса (общей памяти). Распределенная ВС основывается на принципах модульности и близкодействия. Основные компоненты распределенной ВС (такие, как коммутатор, устройство управления, арифметико-логическое устройство или процессор, память) допускают представление в виде композиции из одинаковых элементов (локальных коммутаторов и устройств управления, локальных процессоров и модулей памяти).

Примером промышленной реализации распределенных ВС являются транспьютерные системы. Транспьютерная ВС – это композиция из одинаковых взаимосвязанных микропроцессорных кристаллов, называемых транспьютерами. В состав транспьютера входят локальные процессор и память, а также локальные средства коммутации и линки (Link – связь), позволяющие организовать взаимодействия с другими транспьютерами.

Вычислительные системы с программируемой структурой полностью основываются на модели коллектива вычислителей и являются композицией взаимосвязанных элементарных машин (ЭМ). Каждая ЭМ в своем составе обязательно имеет локальный коммутатор (ЛК), процессор и память; может иметь также внешние устройства. Локальная память ЭМ предназначается для хранения и части данных, и, главное, ветви параллельной программы. Архитектура ВС с программируемой структурой относится к типу MIMD. Такие ВС по своим потенциальным архитектурным возможностям не уступают ни одному из перечисленных выше классов систем. Они прежде всего ориентированы на распределенную обработку информации; эффективны и при конвейерной, и при матричной обработке. При распределенном способе обработки данных на ВС полностью используются возможности MIMD-архитектуры. При конвейерном и матричном способах обработки данных архитектура MIMD виртуально трансформируется соответственно в архитектуру MISD и SIMD. Системы с программируемой структурой рассчитываются на работу во всех основных режимах: решения сложной задачи, обработки наборов задач, обслуживания потоков задач, реализации функций вычислительной сети.

кластерная ВС или кластер – это композиция множества вычислителей, сети связей между ними и программного обеспечения, предназначенная для параллельной обработки информации (реализации параллельных алгоритмов решения сложных задач). При формировании кластерной ВС могут быть использованы как стандартные промышленные компоненты, так и специально созданные средства. Однако в кластерных ВС, как правило, превалируют массовые аппаратурно-программные средства. Последнее, по существу, является принципом конструирования кластерных ВС, обеспечивающим их высокую технико-экономическую эффективность

SISD-архитектура; ЭВМ MISD-архитектура;

Конвейерные ВС

Процессор

			Конвейер элементарных блоков обработки

Поток результатов

Поток данных

...

...

Память

1.SMP (symmetric multiprocessing) – симметричная многопроцессорная

архитектура. Главной особенностью систем с архитектурой SMP является

наличие общей физической памяти, разделяемой всеми процессорами.

I/O подсистема –устройство

Ввода\вывода

Память служит, в частности, для передачи сообщений между процессо-

рами, при этом все вычислительные устройства при обращении к ней имеют

равные права и одну и ту же адресацию для всех ячеек памяти. Поэтому

SMP-архитектура называется симметричной. Наиболее известна SMP- системами это сервера на базе процессора INTEL.

Вся компьютерная система работает под управлением одной операционной системы.

Основные преимущества SMP-систем:

1. простая в эксплуатации

2. большая скорость обработки информации между процессорами.

Недостатки:

Системы с общей памятью плохо масштабируются.

2.MPP (massive parallel processing) – массивно-параллельная архитекту-

ра. Главная особенность такой архитектуры состоит в том, что память фи-

зически разделена. В этом случае система строится из отдельных модулей,

содержащих процессор, локальный банк операционной памяти (ОП),

коммуникационные процессоры (рутеры) или сетевые адаптеры, иногда

– жесткие диски и/или другие устройства ввода/вывода.

R- Коммутатор

ЦП- централ проц.

ОП- опер память

К этой архитектуре могут быть отнесена многопроцессорная и многомашинная ВС.

1. У в случае многопроцессорной ВС- R1,2 –это комуникационый процессор

2.Если многомашинная ВС – то R1,2 это как правило свич, коммутатор, маршрутизатор.

Доступ к оперативной памяти имеет только процессор данного модуля.

Преимущества:

1.Хорошая маштабированость(только для многомашинных)

Недостатки:

отсутствие общей памяти заметно снижает скорость межпроцессор-

ного обмена, поскольку нет общей среды для хранения данных,

предназначенных для обмена между процессорами.

Системами с раздельной памятью являются суперкомпьютеры

МВС-1000, IBM RS/6000 SP, SGI/CRAY T3E, системы ASCI, Hitachi

SR8000, системы Parsytec.

Дата добавления: 2015-04-25