2. Типы архитектур вычислительных систем Однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы

Архитектура вычислительной системы – совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая возможности системы. В понятие современной ЭВМ вкладывается:

• высокий параллелизм обработки в процессоре;

• иерархическая организация подсистемы памяти;

• развитая подсистема ввода-вывода;

• мультипроцессирование.

По количеству центральных процессоров или ЭВМ вычислительные системы делят на:

1. Однопроцессорные.

2. Многомашинные.

3. Многопроцессорные.

Однопроцессорные вычислительные системы – это ЭВМ, имеющие один процессор и соответствующий набор остальных устройств.

Многомашинная система содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свои оперативную память, процессор, внешние устройства, работает под управлением своей операционной системы и имеет средства обмена информацией между машинами, входящими в систему.

Многопроцессорные (мультипроцессорные) вычислительные системы состоят из нескольких процессоров, работающих с общей оперативной памятью, единой внешней памятью и управляются общей операционной системой.

В ЭВМ, построенных по идее Дж. Фон Неймана, процессор последовательно извлекает команды из оперативной памяти, и полученный результат снова засылает в память. Быстродействие таких машин увеличивалось за счет увеличения быстродействия электронных компонентов.

Сегодня увеличение быстродействия при такой архитектуре уже невозможно, так как оно приближается к фундаментальному пределу, обусловленному конечной скоростью распространения сигналов. Обойти это ограничение можно распараллеливанием одной задачи между несколькими процессорами. Это идея Даниэла Хиллиса (1981 год). Сегодня разрабатываются ЭВМ параллельной архитектуры – многопроцессорных систем с одновременно и независимо работающими процессорами.

В Республике Беларусь устанавливаются многопроцессорные системы в ряде крупных организаций: на Белазе, в Соснах, в Гродно, в БГУ и др.

В частности, в БГУ установлена система СКИФ-К1000-05, имеющая:

• 288 процессоров;

• скорость 288 трил. оп./сек;

• стоимость 148 тыс.$.

Установленные системы ориентированы на решение задач 3-х мерного моделирования в физике, динамике, производстве, прогноза погоды.

В мультипроцессорных системах более быстрая реакция на ситуации, возникающие внутри системы и в ее внешней среде, а также более высокая надежность и живучесть, т. к. система сохраняет работоспособность, пока работает, хотя бы один модуль каждого типа устройств.

Конструирование многомашинных систем из серийно выпускаемых ЭВМ с их стандартными операционными системами проще, чем построение многопроцессорных, требующих преодоления трудностей, возникающих при реализации общей памяти и общей операционной системы.

Однородные и неоднородные системы

По типу используемых процессоров многомашинные и мультипроцессорные вычислительные системы делят на однородные и неоднородные.

Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры.

Неоднородные многомашинные системы состоят из различного типа ЭВМ. Неоднородные мультипроцессорные системы состоят из различных специализированных процессоров.