Мультипроцессорные вычислительные системы

Предназначены для повышения производительности задач 2-ого класса.

В то время, как многомашинные комплексы предназначены либо для повышения производительности при обработке задач, обладающих свойством независимости на уровне задач, либо повышения надежности вычислительных систем.

Мультипроцессорные ВС используются для повышения производительности при решении задач, характеризующихся параллелизмом независимостью ветвей

 

Особенности:

1. ЦП работают с общей памятью

2. Для ядра имеется общее ВУ и общая ОС.

Классификация мультипроцессорных ВС:

1. На основе общей шины

Только два устройства могут общаться между собой, т.е. малая производительность.

Достоинства: простота, система просто наращивается.

Недостатки: низкая надежность, т.к. если общая шина выходит из строя, то вся система тоже выходит из строя. Низкое быстродействие.

 

 

2. На основе коммутационной матрицы.

Достоинства: Высокая производительность надежность (выше чем в первом случае).

Недостатки: Малая гибкость, чтобы нарастить систему, надо переделать всю коммутационную матрицу.

3. С многовходовой памятью. (ОП)

 

Отказоустойчивые и вычислительные кластеры

 

Кластер - группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс.

 

Обычно различают следующие основные виды кластеров:

• отказоустойчивые кластеры
• кластеры с балансировкой нагрузки
• вычислительные кластеры
• grid-системы

 

Цель конфигураций на основе отказоустойчивых кластеров - свести к нулю время восстановления системы после сбоя.

Отказоустойчивость обеспечивается избыточностью на физическом уровне, где в любом из компонентов может возникнуть сбой и никто этого не заметит.

Архитектура отказоустойчивых систем позволяет администраторам наращивать систему, осуществлять повседневную поддержку и удалять компоненты, на которых возник сбой, без отключения всей системы.

 

 

Векторные ВС

ОКМД

В системе существует матрица процессоров, т.о. все процессоры вычислительной системы выполняют одну и ту же команду над своими различными данными, таким образом получается матрица результатов. Т.е. эти системы предназначены для решения задач 3-его класса (задачи с одним алгоритмом, но различными объектами).

 

Системы, относящиеся к классу ОКМД – одна из разновидностей векторных вычислительных систем.

Особенности матричных ВС:

1. Общее УУ для всех процессорных модулей.

2. Все процессоры одновременно выполняют одну и туже команду, но над различными данными.

Сложно установить связи между отдельными ЦП, если между ними не предусматривается прямых связей.

Векторная ВС предназначена для обработки векторов.

В векторных вычислительных системах в формате команд вводится дополнительное поле, указывающее длину вектора.

 

Векторная команда:

 

Если задача не векторизуется, то прироста производительности не будет.

МКОД. Конвейерные векторные ВС

Конвейер на уровне данных может использоваться только тогда, когда имеются векторные данные (имеются векторные регистры). При конвейерной обработке данных нет информационной зависимости.

 

Методы повышения производительности:

1. Конвейерная обработка на уровне команд (см. 286-процессор).

2. Конвейерная обработка на уровне данных (характерна для векторных вычислительных систем). Каждый такт выводит результат.

 

 

Выполнение операций сложения и вычитания с плавающей точкой над векторами

1. Разность порядков.

2. Сдвиг мантисс.

3. Сложение или вычитание мантисс.

4. Нормализация результата.

 

 

 

 

 

Особенности конвейерных векторных ВС:

1. Конвейерная обработка на уровне данных.

2. Использование однофункциональных АЛУ

3. Метод зацепления – когда параллельно работают несколько АЛУ, и при этом не дожидаясь завершения предыдущей операции над всеми элементами вектора запускается следующий конвейер с другой операцией.

 

Приложение 1

Логические функции

Поскольку в ЭВМ используется двоичная система счисления, то для описания и представления переменных удобно использовать логические функции.

Функция называется логической (булевой ), если она, как и её переменная, может принимать два значения «0» и «1».

Логические функции используются при построении логических схем.

Логические схемы представляют собой конечные автоматы. Автомат может быть без памяти – выход может быть определён, когда определён вход (комбинационная схема), либо конечный автомат с памятью(в основе лежат запоминающие элементы). (для одного разряда –триггер).

Логические функции могут быть заданы таблично:

Функция НЕ – функция инверсии.

НЕ x=

a	x

a x

Функция ИЛИ – функция дизъюнкции.

ИЛИ x=a b «or»

a	b	x

a

x

 

 

b

Функция И – функция конъюнкции.

И x=a b

a	b	x

a

x

 

b

 

Любую функцию можно организовать с помощью 3 элементов: «И», «ИЛИ», «НЕ».

Функция И - НЕ

a	b	x

a

x

 

 

b

Функция ИЛИ - НЕ

ИЛИ - НЕ x=a b

a	b	x

a

x

 

b

Пример.

Построить логическую схему.

Без минимизации логической функции.

 

Z=a b a c

a

 

ab

 

b z

 

 

ac

 

c

 

Z=a b a c=a(b c)

b

b c

c z

a

 

Приложение 2

Основные узлы ЭВМ

Триггеры

 

Триггер - автомат с памятью, находится в одном из двух устойчивых состояний: 0 или 1. Состояние триггера распознаётся по его выходу. Триггер предназначен для хранения 1 бита (разряда) информации.

Под воздействием входного сигнала триггер скачкообразно переходит в состояние 0 или 1. Если для перехода триггера в новое состояние необходим специальный дополнительный сигнал (сигнал синхронизации), то такой триггер - синхронизируемый, в противном случае – асинхронный.

Переход триггера в новое состояние определяется таблицей перехода. Основные типы триггеров:

RS, D, T, JK.