Классификация ВС по типу построения
Многомашинные и многопроцессорные ВС.
Суперкомпьютеры и кластерные системы.
(Слайд 1)
1. Определение и классификация вычислительных систем
1.1. Классификация ВС по назначению
1.2. Классификация ВС по типу построения
1.3. Классификация ВС по типу ЭВМ или процессоров
1.4. Классификация ВС по степени территориальной разобщенности вычислительных модулей
1.5. Классификация ВС по методам управления элементами ВС
1.6. Прочие классификационные признаки ВС
2. Архитектура вычислительных систем
3. Многопроцессорные структуры ВС (пример построения)
4. Суперкомпьютеры
4.1. История создания
4.2 Современные суперкомпьютеры
4.3. Некоторые современные суперкомпьютеры 2010 - 2011 года
4.4. Рейтинг суперкомпьютеров ТОР-50 за 2011 год
4.5. Современные отечественные суперкомпьютеры
5. Персональные суперкомпьютеры
6. Кластерные системы
В настоящее время персональные компьютеры (ПК) повсеместно используются практически во всех сферах человеческой деятельности. Но, с точки зрения эволюции ЭВМ, стандартный ПК представляет собой частный случай – однопроцессорную одномашинную вычислительную систему. Для изучения более высокоуровневых вычислительных систем, а именно - многомашинных и многопроцессорных ВС, необходимо остановиться на их основных определениях и принципах классификации..
Определение и классификация вычислительных систем
|
|
|
Вычислительные машины (ЭВМ) с середины ХХ века прошли путь, отмеченный частыми сменами поколений компьютеров и характеризующийся рядом закономерностей:
· доминирование классической структуры ЭВМ (структура фон Неймана), основанной на методах последовательных вычислений;
· основное направление совершенствования ЭВМ - рост производительности (быстродействия) и интеллектуальности вычислительных средств;
· совершенствование ЭВМ – комплекс решений по всем уровням построения и функционирования ЭВМ;
· исчерпание возможностей методов последовательных вычислений - переход к параллельным вычислениям на базе построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество отдельных процессоров и (или) компьютеров.
Под вычислительной системой (ВС)понимается совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации(Слайд 2).
Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели:
|
|
|
· повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных,
· повышение надежности и достоверности вычислений,
· предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.
Основные принципы построения ВС:
· возможность работы в разных режимах;
· модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;
· унификация и стандартизация технических и программных решений;
· иерархия в организации управления процессами;
· способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;
· обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений.
СтруктураВС - это совокупность комплекса ее элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к классу больших систем, можно отдельно рассматривать структуры технических, программных средств, структуры управления и т.д.
Классификация ВС по назначению
ВС делятся на (Слайд 3) универсальные, предназначенные для решения самых различных задач, и специализированные,предназначенные для решения узкого класса задач.
|
|
|
Специализация ВС может устанавливаться различными средствами:
1. сама структура системы (количество параллельно работающих элементов, связи между ними и т.д.) может быть ориентирована на определенные виды обработки информации: матричные вычисления, решение алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений и т.п.
2. специализация ВС может закладываться включением в их состав специального оборудования и специальных пакетов обслуживания техники.
Классификация ВС по типу построения
По типу построения ВС могут строиться на базе нескольких компьютеров (многомашинная ВС) или на базе нескольких процессоров (многопроцессорная ВС).
Многомашинная ВСсодержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с другом, а могут быть удалены друг от друга на некоторое, иногда значительное расстояние (вычислительные сети).
Многомашинные вычислительные системы(ММС) появились исторически первыми. Уже при использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надежности и достоверности вычислений (Слайд 4).
|
|
|
Варианты 1 и 2 обеспечивают режим повышенной надежности - одна из машин выполняет вычисления, а другая находится в «горячем» или «холодном» резерве, т. е. в готовности заменить основную ЭВМ.
Вариант 3 соответствует случаю, когда обе машины обеспечивают один из двух возможных параллельных режимов вычислений:
1. обе ЭВМ решают одну и ту же задачу и периодически сверяют результаты решения, обеспечивая режим повышенной достоверности и уменьшение вероятности появления ошибок. Примерно так построены управляющие бортовые вычислительные комплексы космических аппаратов и др.;
2. обе ЭВМ работают параллельно, но обрабатывают собственные потоки заданий. Возможность обмена информацией между машинами сохраняется. Этот вид работы относится к режиму повышенной производительности. Она широко используется в практике организации работ на крупных вычислительных центрах, оснащенных несколькими ЭВМ высокой производительности.
В многомашинных ВСкаждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами выполняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС).
Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на 3-х уровнях (Слайд 5):
1. На уровне процессоров - при непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.
2. На уровне оперативной памяти - взаимодействие на уровне оперативной памяти (ОП) сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти(ООП), что проще, но требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.
3. 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 внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).
Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровняхв большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели надежности таких систем существенно ниже.
В многопроцессорной ВС (МПС) (Слайд 6) имеется несколько информационно взаимодействующих между собой процессоров. В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память (ООП), обеспечивающую общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода-вывода. МПС работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров, что существенно улучшает динамические характеристики ВС, но предъявляет к ОС высокие требования.
Более быстрый обмен информацией между процессорами и более быстрое реагирование на ситуации, возникающие в системе, большая степень резервирования устройств системы (система сохраняет работоспособность, пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройств) приводят к существенному повышению быстродействия и надежности многопроцессорных ВС (по сравнению с многомашинными ВС 3-го уровня).
Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерныесети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1164; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!