Машинные и процессорные ВС Многомашинные и многопроцессорные ВС

Машинные и процессорные ВС Многомашинные и многопроцессорные ВС

Вычислительные системы могут строиться на базе нескольких компьютеров или на базе нескольких процессоров. В первом случаи ВС будет многомашинной, во втором —многопроцессорной.

В многомашинных ВС каждый 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 уровне: процессоров; оперативной памяти; 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.

Равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи. Па 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. Двухмашинной ВС. Рис. 1

Самыми распространенными моделями компьютеров в настоящее время являются IBM PC с микропроцессорами Pentium II, IV.

Персональные компьютеры можно классифицировать по ряду признаков: По поколениям: 1 го поколения — используют 8 битные микропроцессоры; 2 го поколения — используют 16 битные микропроцессоры; 3 го поколения — используют 32 битные микропроцессоры; 4 го поколения — используют 64 битные микропроцессоры. По конструктивным особенностям.

В многопроцессорной ВС имеется несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП. Этот тип взаимодействия используется в большинстве случаев, ибо организуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует наличия специальной, весьма сложной ОС.

Схема взаимодействия процессоров в ВС. Рис. 2

Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных ВС суперкомпьютеры.

Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры. В декабре 1996 года фирма Intel объявила о создания суперкомпьютера Sand in, впервые в мире преодолевшего терафлопный барьер быстродействия. За 1 час 40 минут компьютер выполнил 6, 4 квадриллиона вычислений с плавающей «запятой» . Конфигурация, достигшая производительности 1060 MFLo. PS по тесту МР Unpack, представляла собой 57 шкафов, содержащих более 7000 процессоров Pentium Pro с тактовой частотой 200 МГц и оперативную память 454 Гбайт. Окончательный вариант суперкомпьютера имеет производительность 1, 4 TFLo. PS. Состоит из 86 шкафов общей площадью 160 кв. м. В этих шкафах размещается 573 Гбайт оперативной и 2250 Гбайт дисковой памяти. Масса компьютера составляет около 45 тонн, а пиковое потребление энергии — 850 к. Вт. Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных ноли (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров при быстродействии 100 млрд. операций с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей: 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 команд и однократным потоком данных. 2. Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных. 3. Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных многократный лоток команд с многократным потоком данных.

В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС: 1. Структура MIMD в классическом ее варианте (например, в суперкомпьютере BSP фирмы Burrought); 2. Параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть многопроцессор ная (Multiple) MISD архитектура (например, в суперкомпьютерах «Эльбрус 3, 4» ); 3. Параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть многопроцессор ная SIMD архитектура (например, в суперкомпьютере Cray 2).

Кластерные суперкомпьютеры. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность. Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сериерн к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем: o высокая суммарная производительность; o высокая надежность работы системы; o наилучшее соотношение производительность/стоимость; o возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами; o легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов; o удобство управления и контроля работы системы.

Спасибо за внимание!