Разновидности архитектур вычесл системАрхитектура ВС основывается на структурной и функциональной имитации Коллектива (ансамбля) вычислителей. Структура коллектива вычислителей есть отображение следующих основных Архитектурных принципов: 1.паралелизма при обработки информации (параллельного выполнения операции на многих вычислителях, взаимодействуя через связи структуры; 2.программоемкостные структуры(настройка структуры сети между вычислителями, которые достигают программным способом); 3.Однородность структуры (однородность вычислителей и структуры).
Конвейерные ВС – это системы, архитектура которых является предельным вариантом эволюционного развития последовательной ЭВМ и простейшей версией модели коллектива вычислителей. В основе таких систем лежит конвейерный (или цепочечный) способ обработки информации, а их функциональная структура представляется в виде “последовательности” связанных элементарных блоков обработки (ЭБО) информации. Все блоки работают параллельно, но каждый из них реализует лишь свою операцию над данными одного и того же потока. Сказанное позволяет относить конвейерные ВС к MISD-системам (рис. 1). Реальные промышленные высокопроизводительные ВС являются, как правило, мультиконвейерными. В них единое управляющее устройство (управляющая ЭВМ или подсистема, контроллер и т.п.) формирует один поток команд и несколько параллельных потоков данных на подсистемы–конвейеры. Последнее обстоятельство позволяет относить такие мультиконвейерные ВС к системам с архитектурой SIMD.
Матричные ВС основываются на принципе массового параллелизма, в них обеспечивается возможность одновременной реализации большого числа операций на элементарных процессорах (ЭП), “объединенных” в матрицу. Каждый ЭП – композиция из арифметико-логического устройства (АЛУ) и локальной памяти (ЛП); последняя предназначается для хранения части данных (но не части программы или параллельной ветви!). Поток команд на матрицу ЭП формируется устройством управления (следовательно, оно имеет в своём составе память для хранения программ обработки данных). Такие ВС рассчитаны, в частности, на решение задач матричной алгебры. Они имеют SIMD-архитектуру в классическом виде. Мультипроцессорные ВС – обширная группа систем, в которую, в частности, могут быть включены конвейерные и матричные ВС (а также многомашинные ВС). Однако принято к мультипроцессорным ВС относить системы с MIMD-архитектурой, которые состоят из множества (не связанных друг с другом) процессоров и общей (возможно и секционированной, модульной) памяти; взаимодействие между процессорами и памятью осуществляется через коммутатор (общую шину и т.п.), а между процессорами – через память. Распределенные ВС – мультипроцессорные ВС с MIMD-архитектурой, в которых нет единого ресурса (общей памяти). Распределенная ВС основывается на принципах модульности и близкодействия. Основные компоненты распределенной ВС (такие, как коммутатор, устройство управления, арифметико-логическое устройство или процессор, память) допускают представление в виде композиции из одинаковых элементов (локальных коммутаторов и устройств управления, локальных процессоров и модулей памяти). Примером промышленной реализации распределенных ВС являются транспьютерные системы. Транспьютерная ВС – это композиция из одинаковых взаимосвязанных микропроцессорных кристаллов, называемых транспьютерами. В состав транспьютера входят локальные процессор и память, а также локальные средства коммутации и линки (Link – связь), позволяющие организовать взаимодействия с другими транспьютерами. Вычислительные системы с программируемой структурой полностью основываются на модели коллектива вычислителей и являются композицией взаимосвязанных элементарных машин (ЭМ). Каждая ЭМ в своем составе обязательно имеет локальный коммутатор (ЛК), процессор и память; может иметь также внешние устройства. Локальная память ЭМ предназначается для хранения и части данных, и, главное, ветви параллельной программы. Архитектура ВС с программируемой структурой относится к типу MIMD. Такие ВС по своим потенциальным архитектурным возможностям не уступают ни одному из перечисленных выше классов систем. Они прежде всего ориентированы на распределенную обработку информации; эффективны и при конвейерной, и при матричной обработке. При распределенном способе обработки данных на ВС полностью используются возможности MIMD-архитектуры. При конвейерном и матричном способах обработки данных архитектура MIMD виртуально трансформируется соответственно в архитектуру MISD и SIMD. Системы с программируемой структурой рассчитываются на работу во всех основных режимах: решения сложной задачи, обработки наборов задач, обслуживания потоков задач, реализации функций вычислительной сети. кластерная ВС или кластер – это композиция множества вычислителей, сети связей между ними и программного обеспечения, предназначенная для параллельной обработки информации (реализации параллельных алгоритмов решения сложных задач). При формировании кластерной ВС могут быть использованы как стандартные промышленные компоненты, так и специально созданные средства. Однако в кластерных ВС, как правило, превалируют массовые аппаратурно-программные средства. Последнее, по существу, является принципом конструирования кластерных ВС, обеспечивающим их высокую технико-экономическую эффективность
SISD-архитектура; ЭВМ MISD-архитектура; Конвейерные ВС
 
 
1.SMP (symmetric multiprocessing) – симметричная многопроцессорная архитектура. Главной особенностью систем с архитектурой SMP является наличие общей физической памяти, разделяемой всеми процессорами.
I/O подсистема –устройство Ввода\вывода
Память служит, в частности, для передачи сообщений между процессо- рами, при этом все вычислительные устройства при обращении к ней имеют равные права и одну и ту же адресацию для всех ячеек памяти. Поэтому SMP-архитектура называется симметричной. Наиболее известна SMP- системами это сервера на базе процессора INTEL. Вся компьютерная система работает под управлением одной операционной системы. Основные преимущества SMP-систем: 1. простая в эксплуатации 2. большая скорость обработки информации между процессорами. Недостатки: Системы с общей памятью плохо масштабируются.
2.MPP (massive parallel processing) – массивно-параллельная архитекту- ра. Главная особенность такой архитектуры состоит в том, что память фи- зически разделена. В этом случае система строится из отдельных модулей, содержащих процессор, локальный банк операционной памяти (ОП),
коммуникационные процессоры (рутеры) или сетевые адаптеры, иногда – жесткие диски и/или другие устройства ввода/вывода.
R- Коммутатор ЦП- централ проц. ОП- опер память
К этой архитектуре могут быть отнесена многопроцессорная и многомашинная ВС. 1. У в случае многопроцессорной ВС- R1,2 –это комуникационый процессор
2.Если многомашинная ВС – то R1,2 это как правило свич, коммутатор, маршрутизатор.
Доступ к оперативной памяти имеет только процессор данного модуля.
Преимущества: 1.Хорошая маштабированость(только для многомашинных) Недостатки: отсутствие общей памяти заметно снижает скорость межпроцессор- ного обмена, поскольку нет общей среды для хранения данных, предназначенных для обмена между процессорами.
Системами с раздельной памятью являются суперкомпьютеры МВС-1000, IBM RS/6000 SP, SGI/CRAY T3E, системы ASCI, Hitachi SR8000, системы Parsytec.
|
