Выбор архитектуры решения

В настоящее время стараются писать программное обеспечение как можно более независимое от архитектуры машины, на которой оно будет выполняться, но такое не всегда удается, поэтому стоит поговорить немного и об архитектуре ЭВМ и о программном обеспечении, которое всем этим управляет.

Вычислительные системы

Сначала стоит дать четкое определения объекта, который мы хотим исследовать, а уж затем перейдем к его изучению.

Система обработки данных (СОД) – совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенная для информационного обслуживания пользователей и технических объектов. В состав технических средств входит оборудование для ввода, хранения, преобразования и вывода данных, в том числе ЭВМ, устройства сопряжения ЭВМ с объектами, аппаратура передачи данных, и линии связь.

СОД, настроенная на решение задач, конкретной области применения, называется вычислительной системой. Вычислительная система включает в себя технические средства и программное обеспечение, ориентированные на решение определенной совокупности задач.

ВС принято разбивать на следующие классы:

1. По назначению ВС делятся на универсальные и специализированные. Универсальные ВС предназначаются для решения самых различных задач. Специализированные ВС ориентированы на решение узкого класса задач.

2. По типу ВС различаются на многомашинные и многопроцессорные ВС.

3. По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы. В неоднородных ВС собираемые воедино элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. В однородных же системах все элементы очень схожи по своим характеристикам.

4. По методам управления элементами ВС различают централизированные, децентрализированные и со смешанным управлением.

5. По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени, т.е. задачи решаются мгновенно по мере их поступления (обработка информации с датчиков и многое другое).

Так как мы немного разобрались с классификацией, стоит немного углубиться и разобраться в том, какие существуют на нынешний день виды ВС и где они применяются.

На нынешний день существует несколько видов вычислительных систем:

1. SISD (Single Instruction Single Data) (ОКОД) – включает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем.

2. SIMD (Single Instruction Multiple Data) (ОКМД) – предполагает создание структур векторной или матричной обработки (массивов, задачи решения систем линейных и нелинейных управлений алгебраического и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др.). Структуры ВС этого типа по существу являются структурами специализированных super-ЭВМ.

3. MISD (Multiple Instruction Single Data) (МКОД) – предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке.

4. MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) (МКМД) – все процессоры системы работают со своими программами с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы.

Раскроем смысл систем с общей памятью и с распределенной памятью, так как в наше время многопроцессорные и многоядерные системы встречаются все чаще и чаще.

Системами с общей памятью называют системы, в которых несколько процессоров имеют общую оперативную память. Чаще всего встречающиеся системы этого типа — компьютеры с многоядер­ными процессорами (multi-core).

Преимущества:

• Не требуется обмен данными.

• Для таких систем просто писать программы.

Недостатки:

• Проблема совместного доступа к памяти.

• Проблема синхронности кэшей. Данная проблема отсут­ствует в многоядерных процессорах, использующих общий кэш.

• Проблема медленного обращения к оперативной памяти и её ограниченного объёма.

Система с распределённой памятью содержит несколько процессоров, каждый имеет свою оперативную память. Для обеспечения обмена информацией процессоры со­единены каналами связи.

Преимущества:

• Эффективное решение задач, требующих малого обмена данными.

• Возможность решать задачи, требующие очень больших объёмов оперативной памяти.

Недостатки:

• Проблема обмена данными.

• Сложное программирование.

• Большой размер систем и большое энергопотребление.

Стоит отметить, что надо обращать внимание не только на архитектуру, вид системы, но и на фирму-производителя тех или иных частей машины.