68021

Принципы построения многопроцессорных вычислительных систем

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Отметим что начать исследование проблемы синтеза интеллектуальных систем представляется целесообразным с обзора существующих научных взглядов проблем достижений и перспектив в области построения многопроцессорных вычислительных систем. Ведь как мы уже определили выше интеллектуальная...

Русский

2014-09-17

18.21 KB

4 чел.

                  Робота згідно індивідуального плану студента  II- курсу

                                                    групи  К1-21-10

                              Литвинова Ростислава Сергійовича

       Тема :  Принципы построения  многопроцессорных вычислительных систем

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОДНОРОДНЫХ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ НЕОДНОРОДНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И СИНТЕЗ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ

В завершающем разделе данной работы, после решения проблемы создания эволюционных баз данных и правил, нам осталось рассмотреть только проблему синтеза интеллектуальных систем. Эта проблема сформулирована и подробно описана в первом разделе данной книги.
Отметим, что начать исследование проблемы синтеза интеллектуальных систем представляется целесообразным с обзора существующих научных взглядов, проблем, достижений и перспектив в области построения многопроцессорных вычислительных систем. Ведь, как мы уже определили выше, интеллектуальная система, как правило, должна быть многопроцессорной. Кроме того, любая однопроцессорная ЭВМ, в общем случае, может рассматриваться как частный случай многопроцессорных систем.
Следовательно, исследование принципов построения многопроцессорных вычислительных систем позволит нам перейти к исследованию синтеза интеллектуальных систем.


В настоящее время, практически все наиболее производительные многопроцессорные вычислительные системы - МВС - являются однородными. Следовательно, прежде всего, целесообразно рассмотреть основные архитектуры и принципы построения традиционных однородных многопроцессорных вычислительных систем (параллельных ЭВМ) или однородных высокопроизводительных вычислительных комплексов - ВВК (т.е. информационно-вычислительных конфигураций).
Понятие "архитектура параллельной ЭВМ" включает совокупность свойств, определяющих состав и связи оборудования (структуру ЭВМ), типы используемых параллельных вычислительных алгоритмов (алгоритмику) и средства программирования (языки, трансляторы, операционные системы). Евреинов Э.В. в [Л. 94-96] отмечает, что в основе однородных вычислительных систем, структур и сред (ОВС) лежит модель коллектива вычислителей, которая является обобщением общепринятой модели вычислителя. Прежде всего, в этой модели коллектива вычислителей все элементы и связи однородны.

Многопроцессорные вычислительные системы и ВВК, как и все параллельные компьютеры состоят из трех основных компонент:
1) процессоры,
2) модули памяти, и
3) коммутирующая сеть.
Именно эти компоненты и их взаимосвязи лучше всего отличают один параллельный компьютер от другого [Л. 86, 94-96, 115-116, 146, 152, 197-198, 204-206, 212, 224, 236, 264, 279, 285-286, 310-311, 318, 328, 331, 333, 384-386].
Основным принципом построения однородных ВВК является то, что коммутирующая сеть соединяет однородные процессоры друг с другом и иногда, также с модулями памяти. Процессоры, используемые в параллельных компьютерах, как правило, точно такие же, что и процессоры однопроцессорных (иногда - двухпроцессорных) систем, хотя современная технология позволяет разместить на микросхеме более одного процессора (до четырех).
Кроме того, на микросхеме вместе с процессором могут быть расположены те компоненты (модули) или их составляющие, которые дают наибольший эффект при обработке соответствующего класса задач и параллельных вычислениях.
Архитектуры параллельных компьютеров могут значительно отличаться друг от друга. Одним из свойств, различающих параллельные компьютеры, является число возможных потоков команд.
По этому признаку различают следующие архитектуры:
• MIMD (Multiple Instruction Multiple Data - множество потоков команд и множество потоков данных). MIMD компьютер имеет N процессоров, N потоков команд и N потоков данных. Каждый процессор функционирует под управлением собственного потока команд.

• SIMD (Single Instruction Multiple Data - единственный поток команд и множество потоков данных). SIMD компьютер имеет N идентичных синхронно работающих процессоров, N потоков данных и один поток команд. Каждый процессор обладает собственной локальной памятью. Сеть, соединяющая процессоры, обычно имеет регулярную топологию.

Другим принципом построения однородных многопроцессорных вычислительных систем (ВВК) является способ доступа к модулям памяти, то есть, имеет ли каждый процессор локальную память и обращается к другим блокам памяти, используя коммутирующую сеть, или коммутирующая сеть соединяет все процессоры с общей памятью.
Исходя из способа доступа к памяти, различают следующие (довольно условные) типы параллельных (MIMD) архитектур.
Компьютеры с распределенной памятью (Distributed memory). Каждый процессор имеет доступ только к локальной собственной памяти. Процессоры объединены в сеть. Доступ к удаленной памяти возможен только с помощью системы обмена сообщениями.
Компьютеры с общей (разделяемой) памятью (True shared memory). Каждый процессор компьютера обладает возможностью прямого доступа к общей памяти, используя общую шину (возможно, реализованную на основе высокоскоростной сети). В таких компьютерах нельзя существенно увеличить число процессоров, поскольку при этом происходит резкое увеличение числа конфликтов доступа к шине. В некоторых архитектурах каждый процессор имеет и прямой доступ к общей памяти, и собственную локальную память.
Компьютеры с виртуальной общей (разделяемой) памятью (Virtual shared memory) В таких системах общая память как таковая отсутствует. Каждый процессор имеет собственную локальную память. Он может обращаться к локальной памяти других процессоров, используя "глобальный адрес". Если "глобальный адрес" указывает не на локальную память, то доступ к памяти реализуется с помощью сообщений с малой задержкой, пересылаемых по сети, соединяющей процессоры.
Отметим два класса компьютерных систем, которые иногда используются как параллельные компьютеры:
• локальные вычислительные сети (LAN), в которых компьютеры находятся физически близко и соединены "быстрой" сетью,
• глобальные вычислительные сети (WAN), которые соединяют географически распределенные компьютеры.
Хотя распределенные вычислительные системы, т.е. вычислительные сети, вводят дополнительные свойства, такие как надежность и защита, во многих случаях они могут рассматриваться как MIMD компьютеры, хотя и с высокой стоимостью удаленного доступа.
Известно, что в векторных суперЭВМ обеспечена предельная производительность для процессов скалярной и векторной обработки, которая присутствует в большинстве задач. Задачи, содержащие высокую степень внутреннего параллелизма, могут быть хорошо адаптированы к системам массового параллелизма. Реальные задачи и, тем более, пакеты задач содержат целый ряд алгоритмов, имеющих различные уровни параллелизма. Все это говорит о том, что вместо попыток приспособить все типы алгоритмов к одной архитектуре, что отражается на конфигурации архитектур и сопровождается не всегда корректными сравнениями пиковой производительности, более продуктивным является взаимное дополнение архитектур в единой системе, с переходом к построению неоднородных многопроцессорных вычислительных систем (ВВК). Одним из первых примеров такой системы является объединение векторной системы Cray Y-XM с системой Cray T3D [Л. 115-116, 369]. Однако это объединение с помощью высокоскоростного канала приводит к необходимости разбиения задач на крупные блоки и к потерям времени и памяти на обмен информацией.
В то же время, дифференциация функций и специализация отдельных подсистем начала развиваться с появления отдельных подсистем и процессоров для обслуживания ввода/вывода, коммуникационных сетей, внешней памяти. Для реализации этого, в суперЭВМ кроме основного процессора включались внешние машины.
В различных компьютерных системах можно наблюдать элементы специализации в направлениях автономного выполнения функций операционной системы, системы программирования и подготовки заданий.
Во-первых, эти вспомогательные функции могут выполняться параллельно с основными вычислениями.
Во-вторых, для их реализации не требуются многие из тех средств, которые обеспечивают высокую производительность основного процессора, например, возможность выполнения операций с плавающей запятой и векторных операций.
В дальнейшем, при интеграции скалярной, векторной и параллельной обработки в рамках единой вычислительной подсистемы состав этих вспомогательных функций должен быть дополнен функциями анализа программ с целью обеспечения требуемого уровня параллелизма и распределения отдельных частей программы по различным ветвям вычислительной подсистемы.
Таким образом, в настоящее время многопроцессорные вычислительные системы и ВВК построенные как симметричные мультипроцессорные системы с общей памятью являются наиболее развитыми с точки зрения накопленного опыта их использования [Л. 35, 73, 115-116, 148-149, 151-152, 154, 156]. Обычно они включают не более 32-64 скалярных процессоров. Для них характерны модульность и масштабируемость. Пример таких систем - отечественные многопроцессорные вычислительные комплексы "Эльбрус 1" и "Эльбрус 2".
Широко распространены и векторные мультипроцессорные системы. Они являются основным, причем, высокоэффективным инструментом при решении многих задач, для которых накоплен большой объем программ. Число процессоров в таких суперсистемах также не превышает 64. Характерные представители данного семейства – компьютеры серий Cray X MP, Cray C90, Cray T90; системы SX-1, SX-2, SX-3 фирмы NEC; двухпроцессорный вариант системы "Электроника СС БИС-1" [Л. 115-116, 369].
Системы с массовым параллелизмом обеспечивают наивысшую пиковую производительность. Обычно они содержат от десятков до нескольких тысяч высокопроизводительных микропроцессоров, связанных посредством коммутатора с высокой пропускной способностью. Однако, при масштабировании таких систем трудно достичь соответствующего роста производительности. До сих пор в полной мере не решены проблемы распараллеливания вычислений, за исключением задач, разделяемых на большое число локальных процессов. Было разработано немало систем с массовым параллелизмом, различающихся средствами коммутации, методами доступа к памяти и обмена межу процессорами, например: SP2 (IBM), Intel Paragon, nCube, Cray T3E, отечественная система МВС-1000 [Л. 115, 116, 148, 412].
Масштабируемые векторные системы являются развитием серии векторных мультипроцессорных систем и представляют собой системы с массовым параллелизмом на специализированных микропроцессорах. Они представлены суперкомпьютерами Cray SV1 и Cray SV2 (проект) фирмы SGI, а также SX-4 и SX-5 компании NEC.
После описания принципов построения однородных многопроцессорных вычислительных систем и ВВК представляется целесообразным перейти к анализу возможных путей создания эволюционных неоднородных компьютерных систем.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55183. СБЫТОВАЯ ПОЛИТИКА ТУРИСТСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 56.73 KB
  Канал сбыта (распространения) – совокупность организаций или отдельных лиц, которые принимают на себя или передают другому субъекту право собственности на конкурентный продукт или услугу на их пути от производителя к потребителю.
55185. Створення документів зі списками та схемами 856.5 KB
  Директор з маркетингу: група планування та маркетингу; група логістики; відділ маркетингу; відділ продажів. Комерційний директор: відділ приймання; відділ закупівель; обліковоопераційний відділ; відділ сертифікації; обліковий відділ; склад. Виконавчий директор: відділ кадрів; IT-служба.
55186. Створення документів в Word, в якому текст розміщується в декілька колонок з використанням вставки кадру 68 KB
  Мета: Формувати уміння та навички набору тексту в декілька колонок вставки у текст кадру і робота з ним. Постановка загальної проблеми: Як за допомогою текстового редактора Word створювати тексти...
55187. Організація роботи з табличним процесором Microsoft Excel для Windows 342.5 KB
  Робоча область вікна Excel становить таблицю поділену на окремі клітини. Для проведення розрахунків необхідно ввести в таблицю формули. Створити таблицю та провести необхідні розрахунки.
55189. Характеристика видів словесного впливу у професійно-педагогічному спілкуванні 67.5 KB
  Проаналізуйте основні способи і прийоми вияву нещирості дезінформації і маніпуляцій з боку як соціальних педагогів так і клієнтів у ситуаціях професійного спілкування.
55190. Методика підготовки та проведення діагностичної бесіди 107.5 KB
  Прийоми техніки: складання обмірковування плану бесіди інтервю Встановлення контакту контакт очей; привітання; знайомство; визначення дистанції імя; розмова про спільні інтереси приємне цікаве; “такâ€реакція; тон привітний...