- •1. Понятие вычислительной системы
- •1.1. Модель вычислителя
- •1.2. Модель коллектива вычислителей
- •1.3. Понятие параллельных алгоритмов
- •1.4. Принципы технической реализации модели коллектива вычислителей
- •1.5. Классификация архитектур вычислительных систем
- •1.6. Конвейерные вычислительные системы
- •1.7. Матричные вычислительные системы
- •1.8. Мультипроцессорные системы
- •1.9. Распределенные вычислительные системы
- •1.10. Вычислительные системы с программируемой структурой
- •1.11. Примеры реализаций вычислительных систем.
- •2. Аппаратные средства вс
- •2.1. Прерывания
- •2.2. Многомодульное программирование
- •2.3. Реализация архитектурных решений. Обзор технологий процессоров Intel
- •3. Ос. Основные понятия и типы операционных систем
- •3.1. Основные технологии программирования
- •3.2. Общие подходы к построению ос. Классификация ос.
- •3.3. Основные функции ос
- •3.4. Подходы к построению ос.
- •3.5. Виртуализация
- •3.6. Подходы Oracle
- •3.7. Центры обработки данных (цод)
- •Инструментарий ос (на основе Windows)
- •Основные базовые понятия: процессы и потоки
- •Инструментарий
- •Режим ядра и пользовательский режим
- •Средства изучения внутреннего устройства Windows
- •Основные концепции построения Windows
- •Архитектура современных ос
- •Лекция Основные требования при проектировании
- •Модель ос Windows
- •Обзор архитектуры
- •Многопроцессорная обработка
- •Различия между клиентскими и серверными версиями ос Windows
- •Лекция. Проверочный выпуск ос
- •Ключевые компоненты системы
- •Подсистема окружения
- •Подсистема окружения Windows
- •Исполнительная система Windows
- •Объекты ядра
- •Поддержка оборудования
- •Уровень абстрагирования от оборудования (Hardware Abstraction Layer)
- •Драйверы устройств в ос Windows
- •Недокументированные интерфейсы
- •Системные процессы
- •Прерывания (interrupts) и dpc (deferred procedure calls)
- •Процесс system и его потоки
- •Диспетчер сеансов
- •Диспетчер управления сервисами
- •Системные механизмы Windows
- •Виртуальная память
- •Режим ядра и пользовательский режим
- •Другие механизмы
- •Уровни запросов программных прерываний
- •Объекты прерывания
- •Программные прерывания
- •Прерывания apc (Asynchronous Procedure Call)
- •Диспетчеризация исключений
- •Необработанные исключения
- •Поддержка отчетов об ошибках
- •Диспетчеризация системных сервисов
- •Диспетчеризация 32-разрядных системных сервисов
- •Диспетчеризация системных сервисов режима ядра
- •Диспетчер объектов
- •Объекты исполнительной системы
- •Структура объектов в Windows
- •Заголовки и тела объектов
- •Объекты типа
- •Атрибуты объекта типа
- •Методы объекта
- •Описатели объектов и таблица описателей
- •Глобальные флаги Windows
- •Трассировка событий ядра
- •Управление процессами и потоками
- •Внутреннее устройство процессов
- •Создание процессов
- •Внутреннее устройство процессов. Структуры данных
- •Внутреннее устройство потоков
- •Основные блоки описания потоков в ос Windows
- •Взаимодействие процессов (ipc)
- •Взаимоисключения
- •Синхронизация в Windows
- •Спин-блокировки
1.5. Классификация архитектур вычислительных систем
Различают следующие архитектуры вычислительных систем:
1) SISD (single instructions single data stream);
2) MISD (multiple instructions single data stream);
3) SIMD (single instructions multiple data stream);
4) MIMD (multiple instructions multiple data stream).
В этих архитектурах с такими названиями строятся вычислительные системы следующих типов: конвейерные, матричные, мультипроцессорные, распределенные и др. (слайд 14).
Далее материал из книги «Архитектура компьютера», Таненбаум.
1.6. Конвейерные вычислительные системы
Это простейшая версия коллектива вычислителей.
Основой конвейерной системы является цепочка элементарных блоков обработки информации (ЭБО). Все блоки работают параллельно, но каждый реализует свою операцию над данными одного и того же потока. Относится к MISD системам.
Реально конвейерные системы – мультиконвейерные: единое управляющее устройство формирует поток команд и несколько параллельных потоков данных на подсистемы конвейера.
Выполнение команды осуществляется следующим образом: выбирается команда из счетчика команд (блок выборки команд), декодируется (блок декодирования), поступает на блок выборки операндов, далее на блок выполнения команд и блок записи результатов. Из этих блоков можно сделать конвейер (слайд 16).
1.7. Матричные вычислительные системы
Матричные конвейеры выполняют одновременно большое число операций на элементарных процессорах, объединенных в матрицу. Каждый элементарный процессор представляет собой комбинацию из АЛУ и локальной памяти, предназначенной для хранения части данных. Поток команд на матрицу элементарных процессоров формируется устройством управления. Хранение программ осуществляется в памяти каждого процессора. Такие системы имеют SIMD архитектуру в классическом виде.
Современные матричные системы – масштабируемые с возможностью варьирования количества элементарных процессоров и их матриц. В этом случае вычислительные машины относятся к архитектуре MIMD.
1.8. Мультипроцессорные системы
В этот тип вычислительных систем с натяжкой можно отнести конвейерные и матричные, относятся к MIMD архитектуре.
Состоят из множества несвязанных друг с другом процессоров и общей памяти.
Взаимодействие между процессорами и памятью осуществляется через коммутирующие устройства (слайд 31, пример – общая шина).
Взаимодействие между процессорами осуществляется по линиям управления и данных (по шине).
1.9. Распределенные вычислительные системы
Это многопроцессорные вычислительные системы, в которых нет единого ресурса, каждый работает самостоятельно.
Основные компоненты распределенной вычислительной системы: сеть взаимодействия, коммутирующие устройства.
Строятся эти системы на принципах модульности и близкодействия.
Одним из вариантов распределенной вычислительной системы является транспьютерная вычислительная система – композиция одинаковых процессоров (транспьютеров), из которых формируется система в целом.
В каждый транспьютер включается, как правило, процессор, память, локальные средства коммутации и так называемые линки - средства взаимодействия между различными транспьютерами.