«Архитектура информационных систем»

1. История развития архитектур вычислительных систем (ВС).

2. Предмет и задачи дисциплины. История развития архитектур вычислительных систем (ВС). Характеристики ВС.

3. Организация параллельных вычислительных процессов как направление в достижении высокой скорости решения прикладных задач. Параллелизмы в архитектуре вычислительных систем.

4. Понятие высокопроизводительной вычислительной системы (ВВС). Основные цели создания ВВС: достижение высокой производительности и надежности. Факторы, определяющие высокую стоимость ВВС.

5. Поток команд и поток данных. Классификация архитектур ВС Флинна: SISD, MISD, SIMD и MIMD.

6. Многомашинные и многопроцессорные ВС. Архитектура ВС типа «вычислительная поверхность». Архитектура супер–ЭВМ гиперкуб Intel iPSC-VX

7. Особенности вычислительных задач, позволяющие организовать параллельные вычисления. Естественный параллелизм. Параллелизм множества объектов. Параллелизм независимых ветвей.

8. Параллелизм смежных операций. Искусственный параллелизм. Преобразование типов параллелизма

9. Суть параллелизма и его типы. Параллелизм уровня заданий. Параллелизм уровня программ. Параллелизм уровня команд. Профиль параллелизма программ.

10. Характеристики параллелизма: ускорение, эффективность и качество. Ограничение ускорения. Постановка задачи в законе Амдала.

11. Основные методы достижения высокого быстродействия: передовая технология проектирования и изготовления, применение быстродействующих элементов и устройств,

12. Увеличение скорости выполнения основных операций и команд, сокращение временных затрат при обращении к памяти, конвейеризация выполнения команд, распараллеливание выполнения прикладных программ.

13. Классификация памяти ВС. Модули памяти. Архитектура совместно используемой памяти. Архитектура распределенной памяти.

14. Многопроцессорная когерентная память. Программные и аппаратные способы решения проблем когерентности. Контроллеры Кешей.

15. Назначение протоколов наблюдений. Протоколы: сквозной записи, обратной записи, однократной записи.

16. Понятие о многомашинных и многопроцессорных ВС. Методы и средства организации многомашинных ВС.

17. Схема взаимодействия ЭВМ в ВС. Схема взаимодействия процессоров в ВС. Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры.

18. Классификация многопроцессорных ВС. Архитектуры параллельных ВС:

19. ВС с контроллерным управлением. ВС с управлением потоком данных, ВС с управлением по запросам.

20. ВС с управлением наборами условий. ВС с общим полем памяти.

21. Принципы конвейеризации вычислений. Метрики эффективности конвейеров. Конвейер команд.

22. Конфликты в конвейере команд. Методы решения проблемы условного перехода. Предсказание переходов.

23. Суперскалярный процессор. Особенности реализации суперскалярных процессоров.

24. Понятие вектора. Размещение данных в памяти. Понятие векторного процессора. Структуру векторного процессора.

25. Обработка длинных векторов и матриц. Ускорение вычислений в векторных ВС.

26. Назначение матричных ВС. Обобщенная модель матричной ВС. Контроллер массива процессоров. Модели массивов процессоров.

27. Ассоциативный процессор. ВС со систолической структурой. Классификация ВС систолических структур.

28. ВС с командными словами сверхбольшой длины (VLIW). ВС с явным параллелизмом команд (EPIC).

29. Кластерные ВС. Классификация архитектур кластерных ВС. Топология кластеров.

30. Симметричные мультипроцессорные ВС (SMP). ВС системы с массовой параллельной обработкой (MPP).

31. ВС на базе транспьютеров.

32. Организацию памяти ВС. Модели архитектур памяти ВС. Понятие системы с однородным доступом к памяти.

33. Общая память. Распределенная память. Иерархия памяти ВС. Назначение кэш-памяти.

34. Мультипроцессорная когерентная кэш-память. Программные и аппаратные способы решения когерентности кэш-памяти.

35. Классификация архитектур системы команд. Команды управления потоком команд. формат команд. Адресность и время выполнения программы. Архитектуры с полным и сокращенным набором команд.

36. Регистры в RISC процессорах. Преимущества и недостатки RISC. Суперскалярные процессоры.

37. Однопользовательские операционные системы (ОС), операционные системы реального времени, многопользовательские операционные системы.

38. Структура ОС. Ядро ОС. Интерфейсы ОС. Операционные системы MS Windows. Структура. Модель безопасности.

39. Windows NT/2000/XP. Методы взаимодействия процессов. Программное обеспечение ВС.

40. Структуризацию и выполнение параллельных программ. Совместную работу процессоров. Параллельные методы вычислений.

41. Алгоритмы и языки. Оценка производительности параллельных алгоритмов.

42. Использовать стандартные средства для анализа производительности системы.

43. Стандартные бенчмарки. Модели и методы анализа производительности.

44. Определения коммуникационной системы ВС. Метрики сетевых соединений. Маршрутизацию данных.

45. Динамические и статические топологии. Сети с коммутацией соединений и коммутацией пакетов.

46. Основа маршрутизации. Функции маршрутизации.

47. Статические топологии: линейная, кольцевая и звездообразная.

48. Динамические топологии: шинная и «баньян». Тенденции повышения производительности ВС.

49. Нетрадиционные способы повышения производительности. Методы структурной организации вычислений.