Перспективы и проблемы использования высокопроизводительных ВС параллельной обработки информации

Пути повышения производительности:

1. Увеличение рабочей частоты и быстродействия элементной базы.

2. Совершенствование организации выполнения команд и операций. RISC-архитектуры.

3. Сокращение временных затрат при обращении к памяти (вводятся параллельно функционирующие модули памяти, Кеш-памяти (1, 2 и т.д. уровня)); увеличение числа регистров общего назначения.

4. Широкое использование прерываний для организации взаимодействия с канальными контроллерами.

5. Конвейерная организация обработки данных.

6. Одновременное выполнение множества операций на разных устройствах. Это одно из самых эффективных и перспективных направлений.

 

Основные требования при решении задачи повышения производительности при параллельной обработке:

а) Решение задачи за наиболее короткий интервал времени.

б) Решение за один и тот же интервал как можно больше задач.

Для эффективной параллельной обработки необходимо:

а) Эффективное совместное использование программных и аппаратных средств.

б) Обеспечение доступа из каждой программы к совместно используемой информации.

в) Обеспечение передачи данных между программами.

г) Количество единиц обработки информации должно быть достаточно большим. Иначе могут возникать простои.

Основные преимущества параллельных вычислительных систем по сравнению с однопроцессорными:

a. Возможность обеспечения высокой производительности за счет параллельной реализации алгоритма решения задачи или пакета задач;

b. Возможность многократного увеличения производительности независимо от рабочей частоты;

c. Возможность получения высокой достоверности результатов путем введения дублирования (троирования и т.д.);

d. Обеспечение надежности системы за счет структурной и информационной избыточности;

e. Высокие эксплуатационные свойства системы за счет использования более развитых операционных систем.

По уровню развития операционных систем ВС-мы с параллельной организацией можно разделить на следующие классы:

а) Многомашинные комплексы. Многомашинный комплекс - вычислительная система, состоящая из двух или более ЭВМ, каждая из которых функционирует под действием собственной операционной системы. Взаимодействие этих ЭВМ осуществляется на уровне обмена данными.

б) Многопроцессорные ЭВМ, суперскалярные ЭВМ. ВС, в которых реализуется параллельная обработка информации на основе двух или более процессоров или нескольких АЛУ. Организация вычислений осуществляется на основе единой ОС.

в) Кластерные системы. Сущность системы - работает множество ЭВМ под управлением единой ОС, ЭВМ размещаются в локальной рабочей близости.

г) Сети ЭВМ. Организация соместной работы множества компьютеров на основе обмена информацией с использованием средств связи. Локальные сети организуются, как правило, в рамках корпоративной близости. Глобальные - для разнесенных на значительные расстояния вычислительных средств в мировом пространстве.

д) GRID-системы. Организация работы размещенных в глобальной вычислительной сети вычислительных средств под действием единых операционных средств управления ресурсами и сервисами.

Закон Адамара: при наличии 1% последовательных операций в программе увеличение производительности не может превысить 100 независимо от количества используемых процессоров.