- •«Московский государственный открытый университет»
- •Учебно-методический комплекс
- •По дисциплине «программные и аппаратные средства информационных технологий
- •Для специальности (направления)
- •210105 Электронные приборы и устройства
- •Программные и аппаратные средства информационных технологий Введение
- •Учебно-тематический план очной формы обучения
- •Учебно-тематический план заочной формы обучения
- •Требования к уровню освоения содержания курса
- •Рабочая (учебная) программа
- •Моделирование устройств электронной техники
- •Тенденции развития средств вычислительной техники. Суперкомпьютеры.
- •Тенденции развития вычислительной техники
- •Суперкомпьютеры
- •Методы и средства решения типовых задач электронной техники
- •Погрешности численного решения задач электронной техники
- •Обеспечение информационной безопасности в автоматизированных информационных системах
- •Курсовой проект
- •Практические (лабораторные) занятия
- •Контрольная работа
- •Контрольные вопросы и задания
- •Литература
- •Учебные курсы Интернет Университета Информационных технологий
Суперкомпьютеры
Сферы применения:
Физика, ядерная физика, ускорители
Биохимия
Метеорология
Геофизика
Космическая фотосъемка
Обработка графических данных (кино, телевидение)
Автоматизация проектирования
Визуализация полученных данных
Военная промышленность
Криптография
Большие информационные системы (базы данных)
Классы высокопроизводительных ЭВМ:
мэйнфрейм; многопроцессорный сервер; суперЭВМ.
Стоимость первых суперкомпьютеров. Историческая справка. Суперкомпьютеры в России.
Обучение специалистов. Интернет-университет информационных технологий www.intuit.ru . Интернет-университет суперкомпьютерных технологий www.hpcu.ru Суперкомпьютерный консорциум университетов России www.hpc-russia.ru
Списки TOP500 www.top500.org
Классификация суперкомпьютеров. Классификация Флинна:
SISD (одиночный поток команд – одиночный поток данных)
SIMD (одиночный поток команд – множественный поток данных: однопроцессорные векторные и векторно-конвейерные ЭВМ)
MIMD (множественный поток команд – множественный поток данных: многопроцессорные векторно-конвейерные системы)
SPMD: одна программа – множественные данные (практически не применяется).
Классификация многопроцессорной системы по наличию общей или распределенной (между процессорными узлами или процессорами) памяти. Память может быть физически распределена, но логически общедоступна.
Две основные схемы:
Отдельные процессорные узлы с локальной памятью, которые взаимодействуют в сетевой среде посредством передачи сообщений.
Системы, взаимодействующие через разделяемую память.
Многопроцессорные векторные суперкомпьютеры – симметричные многопроцессорные системы SMP:
Симметричность (равноправность) процессоров
Общее поле памяти.
Процессоры подключаются к устройству памяти либо с помощью общей шины, либо с помощью коммутатора (сильно связанные системы). Число процессоров, имеющих доступ к общей шине, ограничено технически.
Программное обеспечение: вычислительная система работает под управлением единой Операционной Системы (ОС), которая распределяет процессы (нити) между процессорами.
Программирование: модель общей памяти (OpenMP). Средства автоматического распараллеливания.
Массивно-параллельные системы (MPP) из однородных вычислительных узлов, включающих:
Один или несколько (обычно серийных) RISC-процессоров1;
Локальную память (прямой доступ к памяти других узлов невозможен);
Коммуникационный процессор или сетевой адаптер;
Накопители на жестких дисках
Устройства ввода/вывода
Узлы связываются через коммуникационную среду – высокоскоростную сеть, коммутатор и т.п.
Масштабируемость системы. Подбор оптимальной конфигурации (под задачу). Недостаток – относительно медленное взаимодействие между процессорами.
Программное обеспечение: два способа управления вычислительной системой:
Полноценная ОС устанавливается на управляющей машине; на каждом узле устанавливается урезанный вариант ОС, обеспечивающий работу расположенной в нем ветви параллельного приложения.
На каждом узле устанавливается полноценная UNIX-система.
Программирование: модель передачи сообщений (MPI, PVM, BSPlib).
Кластеры. Система, состоящая из нескольких ЭВМ (рабочих станций), соединенных через некоторую коммуникационную инфраструктуру (Fast/Gigabit Ethernet, Myrinet) на базе шины или коммутатора.
Различные рабочие станции – гетерогенные кластеры
Одинаковые рабочие станции – гомогенные кластеры.
Программное обеспечение: стандартные ОС для рабочих станций. Средства поддержки параллельного программирования и распределения нагрузки.
Программирование: модель передачи сообщений (MPI).
Относительно дешевая и гибкая архитектура. Недостаток – значительные временные затраты на взаимодействие параллельных процессов между собой.
Реконфигурируемые вычислительные системы (РВС). Применение программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Алгоритмизация и программирование задач для РВС.
Управление и диагностика многопроцессорных вычислительных систем.
Оценка производительности многопроцессорных вычислительных комплексов, сочетающих технические и программные средства. Оценка затрат времени на решение типовых вычислительных задач. Тест LinPack – решение большой системы линейных алгебраических уравнений с заполненной (неразреженной) матрицей коэффициентов.
Сетевые (Grid) технологии распределенного решения сложных задач. «Облачные» вычисления.