Вычислительные системы. Назначение. Принципы построения. Признаки структурной и функциональной организации

 

Параллельные вычислительные процессы – конвейеризация, векторные вычислительные процессы, параллелизм.

Построение вычислительных систем: 1) Возможность работы в различных режимах 2) модульная структура 3) стандартизация 4) иерархия 5) адаптация 6) сервис

Структура ЭВМ ВС – совокупность компонентов и связей между ними. Архитектура ЭВМ – организация ЭВМ.

Функциональная классификация:

1) по назначению – универсальные и специализированные.

2) многомашинные и многопроцессорные

Основная особенность – параллельная работа процессоров и использование общей оперативной памяти обеспечивается единой общей ОС.

Недостатки: 1) возникновение конфликтов 2) применение коммутаторов.

3) по типу ЭВМ или процессоров – однородная или неоднородная

4) по степени территориальной разобщенности – совмещенные и распределенные

5) по типу управления – централизованное и децентрализованное управление

6) системы с жестким закреплением или с плавающим

7) по режиму работы – оперативный или неоперативный

Классификация архитектур вычислительных систем. Классификация Флинна

 

В основе два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий или команд и независимость данных, обрабатываемых в каждом потоке.

I – instruction, D – data, S – Sole, M – Multiple.

1) SISD – один поток команд и данных (ОКОД). Совмещение выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельная обработка работы устройств ввода-вывода и процессора. Однопроцессорная ЭВМ.

2) SIMD (ОКМД)

Матричная структура. Система содержит некоторое число одинаковых сравнительно простых быстродействующих процессоров, соединенных друг с другом и с памятью данных регулярным образом так, что образуется сетка (матрица), в узлах которой размещаются процессоры. В системе имеется несколько потоков данных и один общий поток команд, т.е. все процессоры выполняют одновременно одну и ту же команду (допускается пропуск выполнения команды в отдельных процессорах), но над разными операндами, доставляемыми процессорам из памяти несколькими потоками данных. Другое название – системы с общим потоком команд. Возникает сложная задача распараллеливания алгоритмов решаемых задач для обеспечения загрузки процессоров. В ряде случаев эти вопросы лучше решаются в конвейрной системе.

3) MISD (МКОД)

Конвейрная МПС. Система имеет регулярную структуру в виде цепочки последовательно соединенных процессоров, так что информация на выходе одного процессора является входной для другого. Процессоры образуют процессорный конвейер. На вход конвейера одинарный поток данных доставляет операнды из памяти. Каждый процессор обрабатывает соответствующую часть задачи, передавая результаты соседнему процессору, который использует их в качестве исходных данных. Т.о. решение задач для некоторых исходных данных развертывается последовательно в конвейрной цепочке. Это обеспечивается подведением к каждому процессору своего потока команд, т.е. имеется множественный поток команд.

4) MIMD (МКМД)

Общий случай МПС, несколько потоков данных и команд.

Классификация Шора

 

1) Количество устройств управления

2) Количество АЛУ

3), 4) наличие и способ организации памяти команд и памяти данных.

Предполагается, что выборка данных может осуществляться двумя способами: словами или вертикальной выборкой.

Существует 6 машин.

Машина № 1.

 

Последовательная обработка слов при параллельной обработке разрядов. Считывание данных осуществляется выборкой всех разрядов данного слова. 1) Классические последовательные машины 2) конвейрно-скалярные 3) векторно-скалярные.

 

Машина № 2

 

Последовательная обработка битовых слоев при параллельной обработке множества слов.

Матричные машины.