Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы

Способы организации и типы вычислительных систем

Вычислительные системы могут строиться на основе целых компьютеров или отдельных процессоров. В первом случае ВС будет многомашинной, во втором – многопроцессорной.

Многомашинные вычислительные системы это системы, содержащие несколько одинаковых или различных, относительно самостоятельных компьютеров, связанных между собой через устройство обмена информацией, в частности, по каналам связи. В последнем случае речь идет об информационно-вычислительных сетях.

В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). При этом обмен информацией между машинами выполняется под управлением разных ОС, взаимодействующих друг с другом, и

вследствие этого динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС). Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организована на уровне

- процессоров;

- оперативной памяти (ОП);

- каналов связи.

При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.

Взаимодействие на уровне ОП сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.

На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспечивающими доступ от каналов связи одной машины к внешними устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).

Ввиду сложности организации взаимодействия на уровне процессоров и уровне оперативной памяти в большинстве многомашинных систем используется уровень каналов связи, хотя и быстродействие, и показатели надежности таких систем существенно ниже.

Многопроцессорные вычислительные системы – это системы, содержащие несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне оперативной памяти.

Последний тип взаимодействия принят в большинстве случаев, так как организуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и к устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой операционной системы, обшей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует наличия весьма сложной операционной системы.

Быстродействие и надежность многопроцессорных ВС по сравнению с многомашинными, взаимодействующими на уровне каналов связи, существенно повышаются, во-первых, ввиду ускоренного обмена информацией между процессорами, более быстрого реагирования на ситуации, возникающие в системе; во-вторых вследствие большей степени резервирования устройств системы (система сохраняет работоспособность, пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройств).

Типичным примером многопроцессорных ВС могут служить к о мпьютерные сети,примером многопроцессорных вычислительных систем (МПВС) – суперкомпьютеры.

 

Тесты к теме 2.1

 

2.1.1. Приорганизацииинформационного взаимодействия компьютеров многомашинной сети на уровне процессоров

а) информационное взаимодействие сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти;

б) информационно взаимодействие может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами.

в) информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти. #

 

2.1.2. Приорганизацииинформационного взаимодействия компьютеров многомашинной сети на уровне оперативной памяти

а) информационное взаимодействие сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти;#

б) информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти;

в) информационно взаимодействие может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами.

 

2.1.3. Приорганизацииинформационного взаимодействия компьютеров многомашинной сети на уровне каналов связи

а) информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти;

б) информационно взаимодействие может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами.#

в) информационное взаимодействие сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти.

 

2.1.4. Типичным примероммногомашинных ВС могут служить

а) компьютерные сети;#

б) суперкомпьютеры.

в) персональные компьютеры.

 

2.1.5. Типичным примероммногопроцессорных ВС могут служить

 

а) компьютерные сети;

б) суперкомпьютеры.#

в) персональные компьютеры.

 

2.1.6. Многопроцессорные вычислительные системы – это системы, содержащие несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне

а) оперативной памяти;#

б) каналов связи.

в) оперативной памяти и каналов связи.

 

2.1.7. В большинстве многопроцессорных вычислительных системах взаимодействие между процессорами осуществляется на уровне

а) регистров процессорной памяти;
б) оперативной памяти;#

в) регистров процессорной памяти и оперативной памяти.

 

2.1.8. Из уровней информационного взаимодействия компьютеров в многомашинной ВС наиболее сложен в его программной реализации

уровень

 

а) регистров процессорной памяти;#

б) оперативной памяти;

в) каналов связи.

 

2.1.9. Из уровней информационного взаимодействия компьютеров в многомашинной ВС наиболее прост в его программной реализации

 

а) уровень каналов связи;#

б) уровень регистров процессорной памяти;

в) уровень оперативной памяти.

 

Высокопараллельные вычислительные системы

Создать высокопроизводительные системы на одном процессоре не представляется возможным.

Высокопроизводительные вычислительные системы создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (вычислительных систем с массовым параллелизмом).

Основные разновидности высокопараллельных МПВС:.

1. Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком

данных (МКОД или MISD – Multiple Instruction Single Data).

2. Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными – однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD – Single Instruction Multiple Data).

3. Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над различными данными – многократным потоком данных (МКМД или MIMD – Multiple Instruction Multiple Data).

Перечисленные структуры относятся к многопроцессорным. Соответственно однопроцессорной является структура ОКОД или SISD – Single Instruction Single Data.

В суперкомпьютерах используются все три варианта архитектуры МПВС:

- структура MIMD в классическом ее варианте;

- параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, т.е. многопроцессорная MISD-архитектура;

- параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, т.е. многопроцессорная SIMD-архитектура.

Наибольшую эффективность показала MSIMD-архитектура, поэтому в современных суперкомпьютерах чаще всего применяется именно она.

Тесты к теме 2.2

2.2.1. Создание высокопроизводительных вычислительных систем на одном процессоре

а) в настоящее время стало возможным;

б) не представляется возможным.#

в) возможно.

 

 

2.2.2. Процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных у МПВС, имеющих структуру

 

а) MIMD; б) SISD; в) SIMD; г) MISD#.

 

 

2.2.3. Все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными у МПВС, имеющих структуру

 

а) MISD; б) SISD; в) SIMD;# г) MIMD.

 

2.2.4. Все процессоры одновременно выполняют разные операции над различными данными у МПВС, имеющих структуру

 

а) MIMD;# б) SISD; в) SIMD; г) MISD.

 

2.2.5. При использовании в суперкомпьютерах наибольшую эффективность показала архитектура

 

а) MSIMD;# б) SISD; в) MIMD; г) MMISD.

 

2.2.6. MMISD-архитектура представляет собой … модификацию MISD-архитектуры

а) параллельно-конвейерную;# б) параллельно-векторную.; в) векторную.

 

2.2.7. MSIMD-архитектура представляет собой … модификацию SIMD-архитектуры

а) параллельно-конвейерную.; б) параллельно-векторную.;#; в) векторную.