39. Принципы построения внешних запоминающих устройств.

40. Понятие об интерфейсах современных аппаратных средств вычислительной техники.

Интерфейс - это совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных

для передачи информации между компонентами ЦВМ и включающих в

себя электронные схемы, линии, шины и сигналы адресов, данных и

управления, алгоритмы передачи сигналов и правила интерпретации

сигналов устройствами.

Типы интерфейсов:

• системные интерфейсы − связывают отдельные части ЦВМ;

• интерфейсы периферийных устройств − связывают периферийные устройства с

ЦВМ.

Параметры интерфейсов:

• пропускная способность - количество информации, которая может быть передана

через интерфейс в единицу времени;

• максимальная частота передачи информационных сигналов через интерфейс;

• максимальная длина линий связи;

• общее число проводов (линий) в интерфейсе;

• информационная ширина интерфейса - число бит или байт данных, передаваемых

параллельно через интерфейс;

• время передачи отдельного слова и блока данных с учетом продолжительности

процедур подготовки и завершения передачи;

• топология соединения и др.

Основные требования к современным системам ввода-вывода:

• универсальность состава устройств ввода-вывода, что дает возможность выбрать

конфигурацию ЦВМ в соответствии с назначением, легко добавлять новые устройства

и отключать те, которые не нужны;

• параллельность во времени работы процессора над вычислительной частью

программы и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода, что

дает эффективность использования оборудования компьютера;

• стандартизация программирования операций ввода-вывода, обеспечение

независимости программирования ввода-вывода от особенностей того или иного

периферийного устройства (простота реализации программирования);

• автоматическое распознавание и реакция процессора на многообразие ситуаций,

возникающих в УВВ (готовность устройства, отсутствие носителя, различные

нарушения нормальной работы и др.).

Задачи интерфейсных схем (контроллеров):

• обеспечение функциональной и электрической совместимости сигналов и протоколов

обмена модуля и системной магистрали;

• преобразование внутреннего формата данных модуля в формат данных системной

магистрали и обратно;

• обеспечение восприятия единых команд обмена информацией и преобразование их

в последовательность внутренних управляющих сигналов.

41. Классификация многопроцессорных вычислительных систем по взаимодействию команд и данных.

Понятие архитектуры высокопроизводительной системы является достаточно

широким, поскольку под архитектурой можно понимать и способ параллельной обработки

данных, и организацию памяти, и топологию связи между процессорами, и способ исполнения системой арифметических операций. Попытки систематизировать все множество архитектур впервые были предприняты в конце 60-х годов и продолжаются по сей день. Общепринята удачная классификация ВС, которую предложил в 1966 г. Г.Флин (США). Основным определяющим архитектурным параметром он выбрал взаимодействие потока команд и потока данных (операндов и результатов). В связи с этим четыре архитектурных класса:

• SISD = Single Instruction stream and Single Data stream − одиночный поток команд и

одиночный поток данных;

• SIMD = Single Instruction stream and Multiple Data − одиночный поток команд и

множественный поток данных;

• MISD = Multiple Instruction stream and Single Data stream − множественный поток

команд и одиночный поток данных;

• MIMD = Multiple Instruction stream and Multiple Data stream − множественный поток команд и множественный поток данных.

SISD. К этому классу относятся последовательные компьютерные системы, содержащие один или несколько центральных процессоров, каждый из которых выполняет несвязанные потоки инструкций на разных пространствах данных. Может применяться конвейерная обработка. Примерами компьютеров с архитектурой SISD могут служить большинство рабочих станций Compaq, Hewlett-Packard и Sun Microsystems.

SIMD. Эти системы обычно имеют большое количество процессоров, от 1024 до 16384, которые могут выполнять одну и ту же инструкцию относительно разных данных.

Основные классы SIMD-систем:

• векторные компьютеры − за счет использования специальных векторных

центральных процессоров (массив ПЭ процессорных элементов) манипулируют с

массивами независимых данных (как множество скалярных машин обрабатывают

отдельные элементы таких массивов).

• матричные компьютеры − расширение принципа векторных ВС, используют

матричные процессоры − векторные, дополнительно позволяющие организовать

обработку матриц (за счет специально организованной системы пересылки данных

между ПЭ). При работе векторные процессоры обрабатывают данные практически параллельно, что

делает их в несколько раз более быстрыми, чем при работе в скалярном режиме.

Примерами векторных систем являются:

• ПС-2000, ПС-2100 (1980-е годы) - отечественные векторные ВС; допускают

организацию матричной обработки; проблемно-ориентированные ВС для задач

обработки геофизической информации, информации со спутников в интересах

геологии, картографии, обработки изображений, моделирования поведения среды и

т.д.

• ILLIAC-1V (США, 1972 г.) − имеет матричную архитектуру, предназначен для

научных исследований.

К типу MISD принято относить векторный конвейер. На векторном конвейере

производится последовательная обработка одного потока данных многими

обрабатывающими устройствами (ступенями, станциями) конвейера.

Представители:

• Crey 1 − США (отечественный аналог − «Электроника ССБИС»);

• ВС «Украина» реализующая макроконвейер; в ней задача, решаемая циклически,

«разрезается» на последовательные этапы, закрепляемые за отдельными

процессорами; запускается конвейер многократного выполнения цикла,

составляющего задачу.

MIMD. Системы этой архитектуры параллельно выполняют несколько потоков

инструкций над различными потоками данных (архитектура соответствует более полному и

независимому распараллеливанию).

К этому типу относятся, например, все многопроцессорные вычислительные комплексы

(МВК) семейства «Эльбрус».

К этому классу архитектуры относятся векторно-конвейерные компьютеры (PVP −

Parallel Vector Process – параллельная архитектура с векторными процессорами), например, суперкомпьютер CRAY Y-MP C90.

Наиболее популярные современные вычислительные системы PVP-архитектуры:

• CRAY X1 − SMP-архитектура; пиковая производительность системы в стандартной конфигурации может составлять десятки Tflops;

• Fujitsu-VPP5000 (vector parallel processing) − MPP-архитектура; пиковая

производительность системы может достигать 1249 Gflops, максимальная емкость

памяти – 8 Тбайт; система масштабируется до 512;

• NEC SX-6 − NUMA-архитектура; пиковая производительность системы может

достигать 8 Tflops; система масштабируется с единым образом операционной системы

до 512 процессоров.