- •2. Архитектура вс параллельной обработки информации
- •2.1.Основные определения
- •2.2. Особенности архитектур эвм и вс прошедших поколений
- •2.3. Пути повышения производительности вычислительных средств и требования к вычислительным системам параллельной обработки информации
- •Перспективы и проблемы использования высокопроизводительных вс параллельной обработки информации
- •2.4. Способы параллельной обработки информации. Уровни обработки (гранулярность обработки)
- •2.5. Классификация вс с функциональной точки зрения
- •2.6. Проблемы неймановской архитектуры
- •2.7 . Особенности risс-архитектуры.
- •2.Х. Классификация вычислительных моделей и механизмов обработки
- •2.8. Вычислительные модели (системы) с управлением потоком данных (потоковые машины) и редукционные машины
- •2.9. Матричные (векторные) процессоры (simd-архитектуры)
- •2.10. Пример разрядно-модульного матричного процессора simd-архитектуры (параллельный процессор для обработки двухмерных изображений, передаваемых из космоса).
- •Разрядно-модульная матричная окмд
- •2.11. Особенности реализации мультимедийных алгоритмов на основе архитектур simd в современных простейших микропроцессорах
- •2.12. Процессоры со многими алу
- •2.13. Процессоры с конвейеризацией команд
- •2.14. Конвейерные операционные устройства обработки информации
- •2.15. Направления развития современных архитектур процессоров
- •2.16. Суперскалярные вычислительные системы
- •2.17. Микропроцессор Pentium 4.
- •2.18. Суперкомпьютер Gray
- •Секция регистров
- •2.19. Многопроцессорные системы.
- •Что это дает?
- •2.20. Разновидности ос многопроцессорных систем,
- •2.21. Мультипроцессорные системы на базе мп Alpha 21364
- •2.22. Однокристальные многопроцессорные системы
- •2.23. Векторно-конвейерные супер-эвм Cray c90, t90
- •2.24. Многопроцессорные вычислительные системы семейства мвс (мвс - 1000)
- •2.25. Многопроцессорная вычислительная система Эльбрус.
- •2.26. Многоядерные многопотоковые микропроцессоры
- •2.27. Кластерные системы.
- •2.28. Концепция grid-архитектур
- •2.29. Транспьютеры. Особенности архитектур мультитранспьютерных систем.
- •2.30. Транспьютерная многопроцессорная система для цифровой обработки сигналов. Транспьютерная многопроцессорная система цифровой обработки сигналов
- •2.31. Примеры формального представления сегментированных программ для параллельного исполнения.
- •2.32. Показатели производительности вычислительных систем.
2. Архитектура вс параллельной обработки информации
2.1.Основные определения
Архитектура ЭВМ (ВС) – комплекс общих вопросов построения, существующих в первую очередь для пользователя, интересующегося главным образом возможностями машины (вычислительной системы), а не деталями ее технического исполнения.
К архитектуре можно отнести то, что определяет принципы обработки информации на данной ЭВМ (ВС): общая структурная организация ЭВМ, состав и назначение ее функциональных средств, принципы кодирования, разрядность, интерфейсы и т.п.
Разные реализации одной архитектуры могут отличаться как на уровне физических компонентов аппаратных средств, так и на уровне способа реализации подсистем.
Реализация одной архитектуры будет существенно отличаться по производительности и стоимости.
Структура ЭВМ (ВС) является компонентом архитектуры и отражает совокупность элементов, узлов и связей между ними. Она не включает принцип действия.
Всю историю вычислительной техники предпринимались попытки стандартизации архитектур с целью расширения использования программного обеспечения.
Были попытки стандартизировать совместимость на уровне системных команд языка Ассемблер, языков высокого уровня, интерфейса прикладных программ, операционных систем (направление более жизнеспособно).
Комплексное решение проблем стандартизации формулируется концепцией открытых систем. Открытые системы представляют совокупность интерфейсов, протоколов и форматов данных, базирующихся на общедоступных, общепринятых стандартах, которые обеспечивают переносимость (мобильность) программного обеспечения, взаимодействие между системами, масштабируемость.
Переносимость – свойство, выражающееся в возможности использования программы в исходных кодах на различных аппаратных платформах в среде различных операционных систем.
Взаимодействие систем – свойство, выражающееся в способности обмениваться информацией с автоматическим восприятием форматов и семантики данных.
Масштабируемость - свойство, выражающееся в возможности исполнения программ на различных ресурсах (отличающихся количеством и объемом модулей памяти, числом и производительностью процессоров и т.п.).
2.2. Особенности архитектур эвм и вс прошедших поколений
I поколение. 1945-1954 гг. Первые цифровые ЭВМ. Элементарная база – вакуумные лампы. Порядка 18 тысяч ламп.
Элементы памяти – ультразвуковые линии задержки, электронно-лучевые трубки. Аппаратные средства: процессор или операционный блок с фиксированной запятой (БЭСМ, Урал-1, Стрела). Программные средства: машинный язык, первые ассемблеры. Нет системы программного обеспечения (примерно 100 операций в секунду).
II поколение. 1955-1964 гг. Появились первые суперкомпьютеры (ILLIAC-IV). Основа – транзисторы. Элементы оперативной памяти – магнитные сердечники. Аппаратные средства - операционный блок с плавающей точкой, индексные регистры, процессоры ввода-вывода. Программное обеспечение - библиотеки подпрограмм, многозадачный режим без разделения времени, внешняя память на магнитных лентах.
III поколение. 1965-1974 гг. Малые интегральные схемы, средние (IBM360). Оперативная память на магнитных сердечниках, интегральные схемы памяти. Аппаратные средства – микропрограммное управление, конвейерная обработка, Кэш-память, первые микропроцессоры. Программные средства – мультипрограммирование (с разделением времени), многопроцессорные системы, виртуальная память (единое адресное пространство). Супер-ЭВМ, стековые ЭВМ.
III,5 поколение. 1975-1984 гг. БИС – большие интегральные схемы, БИС памяти. Аппаратные средства - встроенные матричные процессоры (ускорители), развитие суперЭВМ, многопроцессорные системы, персональные компьютеры, рабочие станции. Программные средства – многосегментная память, виртуальные машины, базы данных, векторная обработка информации, появились языки искусственного интеллекта (Пролог).
IV поколение. 1985г. Сверхбольшие интегральные схемы, сверхБИС памяти. Аппаратные средства - компьютерные сети, услуги, предоставляемые компьютерными сетями. Распределенная обработка информации, экспертные системы, базы знаний.
V и последующие поколения ( с 1990г). ЭВМ сверхвысокой производительности и сверхбольшой памяти. Быстродействие – 1012-1017 операций/сек. Организация систем искусственного интеллекта с использованием баз знаний.
Тенденции современного развития архитектур ЭВМ: суперскалярные многоядерные многопотоковые микропроцессоры, кластерные супер-ЭВМ, широкое использование типовых компонент для построения кластерных супер-ЭВМ, GRID-архитектуры, облачные вычисления.