вычислительные
системы
Вид деятельности, в котором
задействован человек как правило,
обусловлен решением каких- либо задач.
Вычислительные системы также как
и человек выполняет или решают
задачи в разных областях. ВС могут
решать одну задачу, две задачи, либо
группа объедененных ВС решает одну и
ту же задачу.
Вычислительные
системы
Что же такое
система?
- Система - это совокупность элементов, которые находятся между собой в определенных отношениях и связях и которые образуют определенную целостность, единство какого-либо явления или предмета исследования (system от греч. - соединенная из частей). Основой этого направления явились труды Л. фон Бертоланфи в области биологии (1937 год).
вычислительная
система - это рассматриваемый как единое
целое комплекс, предназначенный решать
определенные задачи, в котором задействованы
центральный процессор, память и различные
внешние устройства.
Иногда под ВС понимают
совокупность технических средств
ЭВМ, в которую входит не менее
двух процессоров, связанных общностью
управления и использования общесистемных
ресурсов (память, периферийные устройства,
программное обеспечение и т.п.)
Общая классификация
вычислительных систем
По назначению:
- Универсальные предназначаются для решения широкого класса задач (от математических расчетов до обработки мультимедиа), т.е. такие ВС должны обслуживать программные приложения, разработанные для самых разных и далеко отстоящих друг от друга направлений научных исследований.
- Специализированные ориентированы на решение узкого класса задач.
По
типу:
- Многопроцессорные. В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память. Параллельная работа процессоров и использование общей оперативной памяти обеспечиваются под управлением общей операционной системы. Это позволяет в случае отказа одного из процессора, перераспределить нагрузку между оставшимися процессорами
Возможны
два варианта:
1 - обе
машины решают одну и ту
же задачу и периодически сверяют
результаты решения;
2 - обе
машины работают параллельно,
но обрабатывают собственные
потоки заданий.
Основной недостаток
многомашинной ВС - достаточно в
ВС в каждой ЭВМ выйти из строя
по одному устройству (даже разных типов),
как вся система становится неработоспособной.
Многопроцессорная
ВС.
Многомашинная
ВС.
По характеру
устройств:
Однородные
системы содержат
несколько однотипных ЭВМ (или процессоров).
Основной недостаток однородных ВС - неполная
загруженность отдельных ЭВМ (процессоров)
во время её работы. В связи с этим недостатком
применяются неоднородные ВС;
Неоднородные. Неоднородные системы содержат
разнотипные ЭВМ (или процессоры).
По управлению:
- Централизованные. Функции управления сосредоточены в главной ЭВМ (процессор). Ее задачей являются распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия.
- Децентрализованные. Функции управления распределены между ее элементами, т.е. каждый процессор или ЭВМ действуют автономно, решая свои задачи.
- Смешенные. Совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Т.е. ВС разбивается на группы взаимодействующих ЭВМ (или процессоров), где в каждой группе осуществляется централизованное управление, а между группами - децентрализованное.
Классификация
систем параллельной обработки данных
по М.Флинну.
Классификация базируется
на понятиях двух потоков: команд и
данных. На основе числа этих потоков
выделяется четыре класса архитектур:
- SISD архитектура;
- SIMD архитектура;
- MISD архитектура;
- MIMD архитектура.
SISD (Single Instruction Single Data)
- Программа принимает один поток данных и выполняет один поток инструкций по обработке этих данных. Иными словами, инструкции выполняются последовательно, и каждая инструкция оперирует минимальным количеством данных (например, сложение двух чисел).
- По большому счету это классическая машина фон Неймана. К этому классу относятся все однопроцессорные системы.
MISD (Multiple
Instruction Single Data)
- Разные потоки инструкций выполняются с одними и теми же данными.Обычно такие системы не приводят к ускорению вычислений, так как разные инструкции оперируют одними и теми же данными, в результате на выходе системы получается один поток данных.
- К таким системам относят различные системы дублирования и защиты от сбоев, когда, например, несколько процессоров дублируют вычисления друг друга для надёжности, а также матричные компьютеры, в которых все элементы процессора выполняют одну и ту же программу. Иногда к этой категории относят конвейерные архитектуры.
SIMD (Single Instruction
Multiple Data)
- Один поток инструкций выполняет вычисления одновременно с разными данными см. рис. 9.
- Например, выполняется сложение одновременно восьми пар чисел. Такие компьютеры называются векторными, так как подобные операции выполняются аналогично операциям с векторами (когда, например, сложение двух векторов означает одновременное сложение всех их компонентов). Зачастую векторные инструкции присутствуют в дополнение к обычным «скалярным» инструкциям, и называются SIMD-расширением (или векторным расширением).
- Примеры популярных SIMD-расширений: MMX, 3DNow!, SSE и др. Также к таким системам можно отнести так называемые матричные компьютеры, в которых все элементы процессора выполняют одну и ту же программу.
MIMD (Multiple
Instruction Multiple Data)
- Разные потоки инструкций оперируют различными данными. Это системы наиболее общего вида, поэтому их проще всего использовать для решения различных параллельных задач.
- MIMD-системы, в свою очередь, принято разделять (классификация Джонсона) на системы с общей памятью (несколько вычислителей имеют общую память) и системы с распределенной памятью (каждый вычислитель имеет свою память; вычислители могут обмениваться данными).
Где УУ –
управляющее устройство (организует
поток команд), ПР – процессор, ПД
– поток данных.
SISD-архитектура.
MISD-архитектура.
Где УУ –
управляющее устройство (организует
поток команд), ПР – процессор, ПД
– поток данных.
SIMD-архитектура.
MIMD-архитектура.