Кластерные суперкомпьютеры

Как уже упоминалось выше, в настоящее время развивается технология построе­ния больших и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению МНО­ГИХ специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер. Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регули­ровать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помо­щью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности, 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. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP - Shared Memory multiРгоcessing), технология мультипроцессирования с разделением памяти). Программное обеспечение для кластерных систем уже выпускается. Примером мо­жет служить компонент Cluster Server операционной системы MS Windows NT 2000 Interprise Этот компонент, более известный под кодовым названием Wolfpack, oобеспечивает как функции управления кластером, так и функции диагностирования сбоев и восстановления (Wolfpack определяет сбой программы или отказ сервера и авто­матически переключает поток вычислений на другие работоспособные серверы), На конференции Supеrcomputing 2000 несколько фирм (Dell. SunMltrosysteip, IBM) уже продемонстрировали свои достижении и области суперкомпъютерных кластерных технологий (фирма IBM, например, продемонстрировала модель че­ловеческого сердца, реализованную в кластере серверов KS/6000). Эта же фирма в 2001 году представила одну из самых мощных кластерных систем ASCI White, содержащую 8192 микропроцессора IBM Power 3, основную память емкостью 6 Тбайт, дисковую память емкостью 160 Тбайт; общая производительность клас­тера 12,5 TFloPS (триллионов операций в секунду). Все фирмы отмечают суще­ственное снижение стоимости кластерных систем по сравнению с локальными су­перкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность. Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:

-высокая суммарная производительность;

-высокая надежность работы системы;

-наилучшее соотношение производительность/стоимость;

-возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами;

-легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов;

-удобство управления и контроля работы системы.

ЛЕКЦИЯ № 4

Функциональная и структурная организация ПК

Поскольку массовое распространение в настоящее время получили персональные компьютеры, их функциональную и структурную организацию рассмотрим подробно.

Основные блоки ПК и их назначение

Структурная схема персонального компьютера представлена на рис. 14.

Рис. 14

Микропроцессор

Микропроцессор (МП) — центральный блок ПК, предназначенный для управле­ния работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логичес­ких операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

1. Устройство управления (УУ): формирует и подает во все блоки машины в нуж­ные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие им­пульсы), обусловленные спецификой выполняемых операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выпол­няемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.

2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной ин­формацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор.

3.Микропроцессорная память (МПП): предназначена для кратковременного хра­нения, записи и выдачи информации непосредственно в ближайшие такты ра­боты машины, используемой в вычислениях; МПП строится на регистрах и ис­пользуется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину один байт и более низкое быстродействие).

4. Интерфейсная система микропроцессора; предназначена для сопряжения и с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

Итак, запомним, что интерфейс (interface) — совокупность средств сопряже­ния и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимо­действие.

Порт ввода-вывода (I/O port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подклю­чить к микропроцессору другое устройство ПК.

5. Генератор тактовых импульсов, генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту ма­шины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота гене­ратора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персо­нального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.