Раздел 3 Классификации параллельных ВС

• Раздел 3 • Классификации параллельных ВС 1

Классификации параллельных систем • Классификация Флинна – самая старая и известная. • Другие классификации параллельных ВС: – Хокни – Фенга – Хэндлера – Шнайдера – Шора – Скилликорна • Современное состояние – три вида параллельных ВС 2

Классификация Флинна (1966 -72, IBM) • ОКОД — Вычислительная система с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (SISD, Single Instruction stream over a Single Data stream). • ОКМД — Вычислительная система с одиночным потоком команд и множественным потокомданных (SIMD, Single Instruction, Multiple Data). • МКОД — Вычислительная система со множественным потоком команд и одиночным потокомданных (MISD, Multiple Instruction Single Data). • МКМД — Вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD, Multiple Instruction Multiple Data). • (переделать , чтобы на слайде для одного класса – словесное описание и картинка) 3

SISD, Single Instruction Single Data 4

SIMD, Single Instruction, Multiple Data 5

MISD, Multiple Instruction Single Data 6

MIMD, Multiple Instruction Multiple Data 7

Классификация Хокни (Roger W. Hockney) Он расширил группу МИМД: • Переключаемые — с общей памятью и с распределённой памятью. • Конвейерные. • Сети — регулярные решётки, гиперкубы, иерархические структуры, изменяющие конфигурацию. В класс переключаемых машин попадают машины, в которых возможна связь каждого процессора с каждым, реализуемая с помощью переключателей 8

Классификация Фенга Классификационные признаки: • число n бит в машинном слове, обрабатываемых параллельно при выполнении машинных инструкций • число слов m, обрабатываемых одновременно данной ВС 9

Классификация Хэндлера В основу классификации В. Хендлер закладывает явное описание возможностей параллельной и конвейерной обработки информации вычислительной системой. 10

Классификация Скилликорна (1989) Основывается на следующих характеристиках: • Количество процессоров команд IP (Устр Упр) • Число ЗУ команд IM • Тип переключателя между IP и IM • Количество процессоров данных DP (АЛУ) • Число ЗУ данных DM • Тип переключателя между DP и DM • Тип переключателя между IP и DP • Тип переключателя между DP и DP 11

Резюме по классификациям 1960… 90 гг • Все они в настоящее время неактуальны, поскольку используют разные наборы классификационных признаков. • Современные параллельные системы все могут быть отнесены только к классу MIMD (Флинн). • В настоящее время используется классификация, содержащая три класса: 1) SMP – Симметричные мультипроцессоры 2) MPP (Massively Parallel Processors) – Массивнопаралаллельные системы 3) Кластерные системы 12

Симметричные мультипроцессоры SMP(1) 13

Симметричные мультипроцессоры SMP(2) а) Все процессоры и общая память связаны через единственную параллельную адресуемую магистраль б) Каждый процессор имеет локальную КЭШ-память, и они связаны с общей основной памятью через единственную параллельную адресуемую магистраль в) Каждый процессор имеет локальные блоки основной памяти (и может быть, КЭШ), все процессоры связаны с общей памятью через параллельную адресуемую магистраль. Каждый из процессоров имеет равноправный доступ к общей памяти, но не имеет доступа к локальной памяти и к КЭШам других процессоров. 14

Симметричные мультипроцессоры SMP(3) • Узкое место SMP – магистраль доступа к памяти. Все процессоры конкурируют за доступ к ней. Способ ослабления: индивидуальная память для отдельных процессоров (рис. SMP 1 -(в)) • Максимальное количество процессоров в SMP не удается сделать больше 32 -х. • Для уменьшения конкуренции за общую память: может быть организован множественный доступ к памяти через коммуникационную подсистему, сложно, но к памяти могут обращаться одновременно несколько процессоров (см. след. слайд). 15

Симметричные мультипроцессоры SMP(4) SMP-система с доступом к памяти через коммуникационную систему (например, AMD Hyper. Transport) 16

Что такое SMP -- резюме • Несколько процессоров используют общую память • Каждый процессор имеет КЭШ (и, может быть, локальную память) • Процессоры и разделяемая память связаны общей параллельной адресуемой магистралью. • Магистраль разделяется всеми процессорами, и поэтому является «узким» местом. • Число процессоров не превышает 32. • На многопроцессорном узле SMP работает локальная многозадачная ОС. • Несколько узлов SMP могут быть связаны коммуникационной сетью (напр Infiniband) – гибридная система. 17

Системы MPP(1) (Massively Parallel Processors) • Основной классификационный признак – организация системного ПО: на совокупности узлов работает одна ОС с поддержкой многопроцессорности. • Узел нельзя использовать как отдельный компьютер. • Физически распределенная память. • Сеть соединений между узлами с высокой пропускной способностью и малыми задержками • Высокая масштабируемость (сотни тысяч узлов) 18

Системы MPP (2) 19

Что такое MPP? • Узлы на стандартных процессорах (часто это SMP) • Узлы связаны сетью с высокой пропускной способностью и малыми задержками (Infiniband, Ethernet 10 Гбит) Система MPP – «сильно связанная система» • Высокая масштабируемость (105++ узлов) • Каждый из узлов НЕ может быть использован в качестве самостоятельного компьютера. • Характерная черта МРР-систем — наличие единственного управляющего устройства (процессора, узла), на большое число подчиненных узлов. Узлы SMP и/или MPP часто используются как блоки для построения сверхмощных суперкомпьютеров. 20

Что такое кластеры? • Кластер – группа взаимно соединенных вычислительных узлов, работающих совместно • В качестве узла кластера может выступать как однопроцессорная ВМ, так и ВС типа SMP или МРР. • В качестве узлов кластеров могут использоваться как одинаковые ВС (гомогенные кластеры), так и разные (гетерогенные кластеры). • Узел кластера можно использовать как отдельный компьютер • Задержка при обмене между узлами гораздо выше, нежели при обмене между процессором и памятью внутри узла. • По своей архитектуре кластерная ВС является слабо связанной системой. 21

Преимущества кластеризации • • Абсолютная масштабируемость. Наращиваемая масштабируемость. Высокий коэффициент готовности (надежность) Хорошее соотношение цена/производительность. 22

Можно почитать учебники: • Архитектура компьютера. 5 -е изд. / Танненбаум Э. ‑ СПб. : Питер, 2007, Глава 8 • Организация ЭВМ. 5 е изд. / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. ‑ СПб. : Питер; 2003. Глава 12 • Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов. 2 -е изд. / Б. Я. Цилькер, С. А. Орлов. – СПб. : Питер, 2007. Главы 10… 14 23