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

12973. ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ 496.5 KB
  ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ. Цель работы ознакомиться с типами глушителей шума принципами работы и методами оценки их эффективности. Физическая сущность звукоизоляции. Звукоизолирующая способность преграды коэ
12974. ИЗОЛИРУЮЩИЕ РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ РЕСПИРАТОРЫ КАК ЭЛЕМЕНТ ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ВГСЧ 1.06 MB
  ИЗОЛИРУЮЩИЕ РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ РЕСПИРАТОРЫ КАК ЭЛЕМЕНТ ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ВГСЧ СОДЕРЖАНИЕ: Техническое оснащение ВГСЧ. Изолирующие регенеративные респираторы. респиратор р12: устройство и принцип действия...
12975. Правила оказания первой (доврачебной) помощи при несчастных случаях и заболеваниях. 1.13 MB
  Правила оказания первой доврачебной помощи при несчастных случаях и заболеваниях. Оглавление Оглавление 1. Организация первой помощи при травмах и заболеваниях 2. Оказание первой помощи при остановке дыхания и сердечной деятельности 3. Раны и кровотечения време
12976. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПЫЛЬ И СРЕДСТВА ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ 180.5 KB
  ПРОМЫШЛЕННАЯ ПЫЛЬ И СРЕДСТВА ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ Характеристика промышленной пыли Производственная пыль является наиболее распространенным вредным фактором производственной среды. Многочисленные технологические процессы и операции в промышленности на транспорте...
12977. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ 380.5 KB
  ПРОМЫШЛЕННЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ ВВЕДЕНИЕ В нашей стране в системе профилактических мероприятий направленных на обеспечение безопасных условий труда и снижение профессиональных отравлений и заболеваний в металлургической химической промышленн...
12978. Математичний аналіз. Відповіді до екзамену 4.31 MB
  Математичний аналіз Числова послідовність та її границя. Означення. Послідовність це будьяка функція fn визначена на множині N натуральних чисел. Означення. Послідовність називають обмеженою якщо існують такі числа т і М що для всіх п викону
12979. Математичне моделювання та диференціальні рівняння 300.5 KB
  Лекція 1 Математичне моделювання та диференціальні рівняння. 1.1. Поняття математичного моделювання. Поняття математичного моделювання трактується різними авторами по своєму. Ми будемо його повязувати з нашою спеціалізацією прикладна математика. Під ма
12980. Теорія систем та математичне моделювання лабораторні роботи 252.63 KB
  Теорія систем та математичне моделювання лабораторні роботи. Лабораторна робота №1. ТЕМА: Моделі що описуються диференціальними рівняннями. Диференціальні моделі руху механічних систем модель популяцій модель протікання захворюванн...
12981. Математичний аналіз. Відповіді 976 KB
  Математичний аналіз Числова послідовність та її границя. Границя й неперервність функції в розумінні Коші та Гейне. Властивості неперервних функцій на відрізку. Диференційованість функції. Критерії диференційованості. Локальний екстремум. Нео