С параллельной обработкой данных (Флин)

Вычислительные системы.

Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийных устройств и программного обеспечения, предназначения для сбора, обработки и распределения информации.

Создание вычислительных систем преследует цели:

1) повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных

2) повышение надежности системы и достоверности вычислений

3) предоставление пользователю дополнительных сервисных услуг.

Отличительной особенностью ВС в отличие от классической ЭВМ является наличие в ней вычислений, осуществляющих параллельную обработку. Параллелизм ускоряет обработку, может повысить и надежность системы, однако параллелизм усложняет процесс управления вычислительным процессом.

Классическим является многомашинныйй вариант, но возможен вариант, когда в системе будет только одна машина, с многофункциональными периферийными устройствами, или когда машина будет иметь не один, а несколько процессоров. Поэтому ВС прежде всего можно разделить на многомагнитные и многопроцессорные.

В машинной системе несколько процессоров, входящих в систему не имеют общей оперативной памяти, а имеют локальную. Эффект от такой системы может быть получен только в случае если решаемая задача разбивается на несколько слабо связанных между собой поддач.

Многопроцессорная архитектура. Наличие нескольких процессоров означает, что может быть организованно несколько потоков данных и несколько потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

Архитектура с параллельными процессами. В таких системах несколько АЛУ работают под управлением одного устройства управления. Это означает что множество данных может обрабатываться по одному потоку команд, т.е. по одной программе. Высокое быстродействие такой архитектуры получается только в случаях, когда одинаковые вычисления выполняются для различных наборов данных.

Классификация архитектуры вычислительных систем

Цели классификации: 1) облегчить понимание того, что достигнуто на сегодняшний день в области архитектуры вычислительных систем, и какие архитектуры имеют лучшие перспективы в будущем.

1) показывать новые пути организации архитектур

2) показывать, за счет каких структурных особенностей достигается увеличение производительности различных вычислительных систем.

Одной из первых классификаций была классификация, предложенная в 1966 г. Флином. При этом за основу бралось понятие потока – как последовательности команд или данных. Такая классификация описывает четыре базовых класса в зависимости от количества потоков команды потоков данных.

1) SISD – один поток команд, один поток данных – все одномашинные и однопроцессорные системы. Здесь параллелизм обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а так же параллельной работой устройств ввода-вывода и процессора.

2) SIMD – один поток команд, много потоков данных предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Обычно процессоры таких систем идентичны и управляются одной и той же последовательностью команд, но каждый из них обрабатывает свой поток данных. В структурах данной архитектуры желательно обеспечить соединение процессоров, соответствующее реализуемым математическим зависимостям. Узким местом таких систем является необходимость перекомутации процессора в случае изменения зависимости. Элементы технологии SIMD реализованы в процессорах Intel, начиная с Pentium MMX.

3) MISD – много потоков команд, один поток данных – предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. В современных ЭВМ по этому принципу организована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды. На практике сложно создать достаточно «длинный» конвейер. Однако такая схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержания векторной обработки.

4) MIMD – много потоков команд, много потоков данных подразумевает, что все процессоры работают со своим потоком команд и своим потоком данных. Подобные системы могут быть как многомашинными, так и многопроцессорными.

Е. Джонсон предложил проводить классификацию MIMDархитектуры на основе структуры памяти и реализации механизма взаимодействия и синхронизации между процессорами. По структуре оперативной памяти ВС делятся на две большие группы: системы с общей памятью, прямо адресуемой всеми процессорами, либо это системы с распределенной памятью, каждая часть которой доступна только одному процессору.

Основываясь на этом делении, Джонсон вводит следующее наименование для некоторых классов.

1) ВС, использующие общую разделяемую память для межпроцессорного взаимодействия и синхронизации. Он называется системами с разделяемой памятью.

2) Системы, в которых память распределена по процессорам, а для взаимодействия и синхронизации используется механизм передачи сообщений, называется архитектурой с передачей сообщений.

3) Системы с распределенной памятью называются гибридными архитектурами.

Д.З. Дополнительно прочитать и изучить Главу 8 из учебников:

1. Информатика: базовый курс: Учебник для студентов вузов …/ О.А. Акулов, Н.В. Медведев, 2004, стр. 389 - 402, 424 – 434,

2. Информатика: Учебник, третье перераб. изд./ под ред. Н.В. Макарова, 2006 год, стр. 210- 216.

Дата добавления: 2014-01-06