ЭВМ с конвейерной обработкой информации.

ПАМЯТЬ

конвейер процессоров

 

команды

 

поток команд

 

поток поток

данных данных

 

ЭВМ с конвейерной обработкой информации относятся к типу МКОД (множественный поток команд, одиночный поток данных). Обработка данных производится конвейерным способом. Реальная скорость обработки данных зависит от заполненности конвейера. Наибольшая скорость обработки достигается при выполнении длинных участков программ с однородными операциями.

Конвейерные ЭВМ эффективно используются для выполнения циклическим программ. Однако, конвейерные системы обладают реальными недостатками. Управление конвейером сложное. Прерывания в работе приводят к снижению производительности, которая в существенной степени зависит от наличия в программе идентичных операций над потоками данных. Может достигаться за счёт параллельной работы исходных конвейеров, а также за счёт организации конвейеров на микроуровне, то есть при разделении арифметических операций на этапы и одновременного их выполнения.

Принцип мультиконвейерности использовался в СКАУ-1.

 

Многопроцессорные вычислительные системы (МВС).

 

потоки

потоки данных

память

память

команд

 

 

МВС относятся к типу МКОД. В этих системах несколько УУ осуществляют управление одновременным выполнением нескольких участков одной программы, т. е. реализуется асинхронный параллельный вычислительный процесс. Реальная скорость обработки информации зависит от возможной загрузки процессоров и обменов данными в системе.

 

Будущее ВВС.

Повышение производительности ВТ обычно достигается за счёт увеличения частоты работы элементов и числа этих элементов. Однако, совершенствование ВС всегда сопровождал разрыв между быстродействием логических элементов и элементов памяти. Память – слабое место ВС. Этот разрыв при увеличении степени интеграции и быстродействия имеет тенденцию к увеличению. По мере развития ВТ дискретная ЭБ и ИС малой и средней интеграции позволяли изготавливать процессоры с производительной архитектурой при существенном ограничении на общий объём используемого оборудования. В этих условиях конструкторы предложили разнообразные архитектуры процессоров, каждая из которых в своей области обеспечивала наилучшее соотношение быстродействие/стоимость. К числу таких процессоров относятся векторные и матричные процессоры.

Была создана первая CRAY-1 на ИС малой и средней интеграции. Векторно-процессорный CRAY-1 заканчивал ряд высокопроизводительных вычислительных систем (ВВС), которые создавались на ИС малой и средней интеграции.

В 80-х годах появились МП, которые существенно превзошли по соотношению быстродействие/стоимость процессоры, специально разрабатываемые для параллельных систем. Особенности проектирования и изготовления СБИС делает экономически оправданным только их массовое производство. Таким образом разработать специальный МП для параллельных систем оказалось невыгодно и массово выпускаемые МП стали использовать для всех типов ВС. МП стали ЭБ, следовательно, единственное, что из них можно строить – параллельные ВС, которые образуются путём объединения коммуникационной средой совокупности процессоров, блоков памяти и устройств ввода/вывода.

Параллельные системы по назначению и используемой ЭБ разбиваются на 4 класса:

1. Универсальные системы с фксированной структурой, строящиеся из серийных универсальных МП.

2. Специализированные системы с фксированной структурой, строящиеся из МП ориентированных на использование определённых операции.

3. Универсальные системы с программной структурой, настраиваемые на аппаратную реализацию выполняемых вычислений.

4. Специализированные системы с программной структурой, настраиваемые на аппаратную программу используемых вычислений.

Системы из первого класса строятся из тех же МП, на базе которых выполняются ПК и рабочие станции. Такой подход разрешает проблему разрыва в быстродействии между обращением в память и обработкой. Это происходит за счёт распределения памяти по процессорам, что позволяет одновременно всем процессорам работать со своей памятью. Такие ВС представлены сегодня двумя ветвями:

• многопроцессорные серверы,
• параллельные суперкомпьютеры с большим числом командных процессоров (mpp – massive parallel processing).

Все ведущие мировые производители выполняют многопроцессорные серверы с разделяемой памятью. При этом пользователям предлагается программное и аппаратное обеспечение, доступное в среде однопроцессорных компьютеров. Основной упор делается на развитие параллельного ПО.

Основной режим работы суперкомпьютеров – использование трудоёмких вычислений на базе распределённой памяти. Главное направление развития – разработка архитектур для получения наибольшей производительности.

По используемой базе ВС 1-го класса делятся на машины фирменной сборки и машины, свободно комплектуемые пользователем. В машинах фирменной сборки, как правило, используются специально разработанные коммутаторы и аппаратно-программные средства для повышения надёжности. Возможна «горячая замена» блоков. Системы, собираемые пользователем, используют в качестве вычислительных узлов коммерчески доступные серверы или рабочие станции. Также из коммерчески доступных элементов строятся коммуникационные подсистемы. Системное ПО может быть как свободно распространяемым, так и фирменным, но коммерчески доступным.

Второй класс. Важные решения некоторых задач оправдывают построение специализированных ВС для их решения. GRAPE-6 предназначена для решения задачи взаимодействия какого-либо количества (n) тел (моделирование галактики). Существующая конфигурация содержит 2048 (2²⁰) специализированных конвейерных МП, каждый из которых содержит 6 конвейеров, которые используются для вычисления гравитационного взаимодействия между частицами. Теоретическая производительность – 63,4 ТГц (Tflop). Реальная – 29,5 ТГц.

Машины 3-го класса строятся из программируемых логических ИС (ПЛИС), которые содержат несколько матриц логических элементов. Из этих элементов компонуется нужная решающая схема. Основная идея архитектуры подобных ВС состоит в том, чтобы программно настроить схему, реализующую требуемые преобразования данных. Серийно производится ряд Hipercomputer sistem HC-X.

Машины 4-го класса отличаются от машин 3-го класса тем, что работают не все имеющиеся процессоры, а выделяется ряд процессоров необходимых для решения данной задачи. Таким образом, уменьшается загруженность системы.