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

37675. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП 48.5 KB
  Важнейшей характеристикой диода является зависимость силы тока текущего через лампу анодного тока от разности потенциалов между катодом и анодом анодного напряжения. Анодный ток зависит от анодного напряжения и от температуры катода. При постоянной температуре катода анодный ток 1д возрастает с увеличением анодного напряжения IIа. Поскольку ме ханизм возникновения электрического тока в этом случае отличается от механизма возникновения тока в проводниках то зависимость анодного тока от анодного напряжения не описывается законом Ома.
37676. Морфологія і анатомія генеративних органів 257.5 KB
  Морфологія і анатомія бруньок винограду. Вивчити типи бруньок винограду їх утворення розвиток морфологічну та анатомічну будову пасинкової бруньки і зимуючого вічка. Морфологія і анатомія бруньок винограду. У більшості сортів європейськоазіатського винограду порослеві пагони і вовчки безплідні і відрізняються від звичайних пагонів більшою силою росту в довжину і в товщину рихлістю будови тканини слабким прикріпленням до багаторічної частини стебла.
37677. Закладання винограднику 91 KB
  Тема: Закладання винограднику. Організація території для закладання винограднику. Скласти плансхему організації території відведеної для закладання винограднику. Організація території для закладання винограднику.
37678. Щеплення здеревянілими чубуками 101 KB
  Мета заняття. Засвоїти техніку настільного щеплення здеревянілими чубуками па машинах УПВ, ПМ-450 та МП-7А. Ознайомитись з технікою щеплення вручну способом поліпшеної копуліровки та на штифт за допомогою спеціального секатора.
37679. Виведення основних форм кущів 825.5 KB
  У перший рік добиваються високої приживлюваності саджанців. 1 Виведення середньоштамбового двобічного кордону: 1 кущ у перший рік садіння; 2 кущ на другий рік; 3 кущ на третій рік; 4 кущ на четвертий рік; 5 кущ на пятий рік: а навесні; б влітку в восени. На другий рік вирощують пагони для майбутнього штамба. На третій рік формують штамб.
37680. Загальні відомості про виноград і будову його вегетативних органів 256 KB
  Класифікація винограду. Ознайомитись з екологогеографічними групами сортів європейськоазіатського винограду Vitis vinifer J. Класифікація винограду. У культурі винограду найбільше значення мають такі види роду Vitis J європейськоазіатський виноград Vitis vіпіfега J.
37681. Арифметичні команди восьмирозрядного мікропроцесора КР580ВМ80 (Intel 8080) 465 KB
  Арифметичні команди. Прапорці завжди встановлюються чи скидаються автоматично після виконання наступної команди яка впливає на прапорці в залежності від результату операції. Результати виконання арифметичних і логічних операцій над вмістом акумулятора регістрів загального призначення та комірок пам’яті впливають на прапорці наступним чином: Прапорець нуля встановлюється в 1 якщо в результаті виконання якоїнебудь команди отримано нульовий результат всі біти задіяного регістру чи комірки пам’яті встановлено в 0 і скидається в 0 в випадку...
37682. Логічні команди восьмирозрядного мікропроцесора КР580ВМ80 (Intel 8080) 394 KB
  До них відносяться команди І АБО ВИКЛЮЧНЕ АБО та ЗАПЕРЕЧЕННЯ ІНВЕРСІЯ а також команда ПОРІВНЯННЯ за допомогою якої здійснюються різноманітні перевірки. Окремо слід виділити команди простого та циклічного зсуву які використовуються для реалізації операцій МНОЖЕННЯ і ДІЛЕННЯ та деяких інших цілей. Власне логічні команди.