Ассоциативные, потоковые и кластерные вычислительные системы

Ассоциативные вычислительные системы

Ассоциативные (АВС) и потоковые (ПВС) вычислительные системы являются разновидностями высокопараллельных МПВС.

АВС строится на базе организованной в виде массива ассоциативной памяти – ассоциативно-запоминающего устройства (АЗУ). Доступ к ячейкам АЗУ осуществляется не по адресу, а по их содержимому, точнее – по ассоциативному признаку (поисковому образу), соответствующему хранимой в ячейке информации. Если в ячейке содержится информация, обладающая заданным признаком, эта информация считывается.

Поиск ассоциативного признака выполняется по всем ячейкам массива памяти, считывание осуществляется одновременно из всех найденных ячеек массива памяти. Определенные группы ячеек массива памяти имеют свои локальные процессоры, позволяющие при считывании выполнять логические и арифметические операции над считываемой информацией. Запись в АЗУ производится в любую свободную ячейку (у ячейки имеется признак: свободна она или нет). Ячейки АЗУ должны допускать считывание без разрушения информации, так как считывание выполняется сразу из нескольких ячеек и автоматически выполнить перезапись считанной информации, как это делается в обычных адресных ОЗУ, невозможно (или очень сложно). Ячейки могут маскироваться своими локальными процессорами и, если это необходимо, не считываться без предъявления пароля.

Элементы ассоциативной выборки данных используются для заполнения кэш-памяти в микропроцессорах.

 

Тесты к теме 3.1.

3.1.1. Доступ к ячейкам АЗУ осуществляется

а) по адресу; б) по ассоциативному признаку.# в) по всем ячейкам массива памяти.

 

3.1.2. Поиск ассоциативного признака осуществляется

а) по всем ячейкам массива памяти, относящимся к заданному типу.

б) по всем ячейкам массива памяти.#

в) по адресу.

3.1.3. ВАЗУ считывание информации осуществляется из найденных ячеек массива

а) одновременно;# б) последовательно; в) одновременно или последовательно.

3.1.4. Запись вАЗУ осуществляется

а) в любую свободную ячейку;# б) в ячейку с фиксированным адресом;

в) в одну из выделенных ячеек.

3.1.5. У ячейкиимеется признак, определяющий

а) свободна ли ячейка или нет;# б) адрес ячейки; в) тип ячейки.

 

 

Потоковые вычислительные системы

Эффективной технологией, поддерживающей параллельность вычислений в ВС, является технология управления последовательностью выполнения команд программы потоком данных. В традиционных фон-Неймановских машинах последовательность выполнения команд управляется счетчиком команд. Команды выполняются строго в той последовательности, в которой они следуют в программе, то есть в последовательности их записи в памяти машины (естественно, если нет команд передачи управления). Это затрудняет организацию параллельного выполнения сразу нескольких команд программы.

Теоретически существует несколько моделей управления последовательностью исполнения команд в машине:

- последовательностью следования команд в программах;

- потоком данных: команда выполняется, как только становятся доступными все ее операнды;

- по запросу: команда выполняется, как только результаты ее исполнения потребуются другим командам.

 

Управление потоком данных естественно поддерживает параллельность вычислений. Как только появятся исходные данные для выполнения нескольких команд, эти команды могут параллельно выполняться. Вычислительные системы, в которых последовательность выполнения команд программы управляется потоком данных, называются потоковыми ВС.

Элементы потокового управления используются и в микропроцессорах. Так, в МП Pentium при конвейерной обработке инструкции выполняются параллельно, причем вне порядка, установленного в программе, а по мере готовности операндов и наличия свободных функциональных устройств.

 

 

Тесты к теме 3.2

3.2.1. Традиционных фон-Неймановских машинах последовательность команд управляется

а) счетчиком команд;# б) потоком данных.; в) в случайном порядке.

 

3.2.2. При управлении последовательностью команд потоком данных

а) команды выполняются в последовательности, определяемой программой;

б) команда выполняется, как только результаты ее исполнения потребуются другим командам.

в ) команда выполняется, как только становятся доступными все ее операнды.#

3.2.3. При управлении последовательностью команд по запросу

а) команды выполняются в последовательности, определяемой программой;

б) команда выполняется, как только результаты ее исполнения потребуются другим командам;#

в) команда выполняется, как только становятся доступными все ее операнды.

3.2.4. Вычислительные системы, в которых последовательность выполнения команд управляется потоком данных, называются

а) потоковыми ВС;# б) ассоциативными ВС; в) кластерными ВС.

3.2.5. Использование потокового управления в микропроцессорах

а) возможно;# б) является невозможным; в) как правило не является

невозможным.

 

 

3.2.6. В микропроцессорах Pentium при конвейерной обработке инструкции выполняются

а) в порядке, установленным программой;

б) параллельно по мере готовности операндов и наличия свободных функциональных устройств.#

в) в случайном порядке.

 

 

Кластерные вычислительные системы

 

В настоящее время развивается технология построения суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным независимых суперкомпьютеров должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.

Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность.

Важной особенностью является обеспечение доступа любого сервера к любого блоку как оперативной, так и дисковой памяти.

Все фирмы отмечают существенное снижение стоимости кластерных систем по сравнению с локальными суперкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность.

Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:

- высокая суммарная производительность;

- высокая надежность системы;

- наилучшее соотношение производительность/стоимость;

- возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами;

- легкая масштабируемость, т.е. наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов;

- удобство управления и контроля системы.

 

Тесты к теме 3.3

3.3.1. Вкластерных вычислительных системах каждый сервер имеет доступ

а) к любому блоку памяти. #

б) к выделенному для данного сервера блоку памяти.

в) к некоторым блокам памяти.

 

3.3.2. Все фирмы отмечают, что по сравнению с локальными суперкомпьютерами, обеспечивающими ту же самую производительность, стоимость кластерных систем

а) ниже;# б) выше; в) такая же.

3.3.3. Высокая надежность работы системы является одним из преимуществ

а) кластерных компьютеров;# б) локальных суперкомпьютеров; в) персональных компьютеров.

3.3.4. Возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами является одним из преимуществ

а) локальных суперкомпьютеров;

б) кластерных компьютерных систем;#

в) персональных компьютеров.

3.3.5. Легкая масштабируемость является одним из преимуществом

а) кластерных компьютерных систем;# б) локальных суперкомпьютеров.

в) персональных компьютеров.

 

3.3.6. Удобство управления и контроля работы системы является одним из преимуществом

а) локальных суперкомпьютеров; б) кластерных компьютерных систем;#

в) персональных компьютеров.

 

 

Компьютерные сети