Анализ мвс

Матричный процессор (МП) не имеет ограничений в наращивании эффективности. В МП число параллельно выполненных операций достигает 10⁶, это позволяет достичь быстродействия 10⁸-10¹¹ оп/сек. благодаря конвейерности внутри ЭП.

К МВС применим принцип программируемости структуры, т.е. адаптация структуры ВС к решаемой задаче. Это достигается с помощью формирования (настройки) связей между ЭП.

Основным недостатком этих систем является единственное УУ, от которого зависит надёжность всей системы в целом. Этим самым объясняется ограниченность МВС. От пропускной способности УУ зависит производительность всей системы.

Конвейерные вс

7

Каноническая структура конвейерного процессора

В КВС (конвейерные ВС) основной объём вычислений производится одним или несколькими вычислительными процессорами.

Конвейер образуется из модуля обработки информации (МО_i) и модулей памяти (МП_i)

В простейшем случае модули конвейера могут реализовывать отдельные фазы операций (приём операндов, выполнение операции над операндами, размещение результата).

Все модули конвейера работают параллельно. Время обработки на конвейере конкретных элементов равно суммарному времени (в том числе и элементов памяти) пребывания этих элементов в конвейере. Время выполнения одной конкретной команды в КП больше чем в неконвейерном за счёт введённых элементов памяти, но суммарная производительность выше, т.к. конвейер обрабатывает параллельно несколько команд.

1. Cray-2 – мультиконвейерная система, включающая 4 КП. Быстродействие 10⁹ опер/сек над 64 разрядными словами с плавающей запятой. Применяется жидкостное охлаждение.

2. Х-МР/48 (Texas Instruments) – мультиканальная система (двух- или четырёхпроцессорная конфигурация). Быстродействие растёт 10¹⁰-10¹¹ над 64-разрядными словами с плавающей запятой. Объём ОЗУ каждого процессора до 8 ГБ. Используется для расчётов аэрокосмических объектов и прогноза погоды.

Системы из векторных процессоров (ВП)

Векторный процессор (матричный) говорит о проблемной ориентации процессоров на классе решаемых задач.

ВП подключается к вычислительному устройству как ВУ, снабжённого каналом прямого доступа к памяти. Поэтому их иногда называют периферийными. Эти процессоры имеют свою память для хранения массива данных и результатов вычисления.

ВП выполняет свои функции параллельно ВМ и независимо от её работы.

а)

б) Двухпортовое ОЗУ – т.е. позволяет читать и писать в обоих направлениях.

Mars-432. Обеспечивает 10⁸ операций в секунду над 32-разрядными словами с плавающей запятой.

FPS-164. 15*10⁶ оп/сек над 64-разрядными словами с плавающей запятой.

В этой системе 7 векторных процессоров (ВП) используются для вычислительной работы уже отложенного ПО. А 3 ВП используются для отработки программы. Каждый ВП снабжён 16 МВ ОЗУ. Каналы связи обеспечивают пропускную способность до 16 МВ/сек.

Анализ конвейерных вычислительных систем (КВС)

КВС имеют уровень быстродействия до 10¹² оп/сек. Это быстродействие достигается за счёт конвейеризации на всех уровнях обработки информации как на микроуровне выполнение микрокоманд, на макроуровне выполнение команд и на более высоком уровне – предсказатели при ветвлении программного обеспечения.

Для КВС характерна идентичность модулей, из которых состоит вся система.

Возможность КВС ограничены по следующим причинам:

1. Число КП в системе определяется алгоритмическими возможностями решения задач, надёжностью управляющего устройства и технико-экономическими показателями.

2. Число модулей в одном КП не может быть произвольно большим, что следует из алгоритма решения сложных задач и неабсолютной надёжности электрических компонентов.

3. Число секций в любом модуле ограничивается алгоритмами выполнения арифметических операций.

4. Трудности распараллеливания задач и потенциально низкая надёжность электрических компонентов.

8

Магистральные системы (МС)

Каноническая структура МС

МС представляет собой средство обработки информации, в которой имеется множество процессоров, взаимодействующих между собой через единый ресурс. В качестве единого ресурса могут быть использованы: машины-посредники, внешние ОЗУ, общие шины, коммутаторы и т.п.

МС – это композиция, в которой имеется множество ЭП, подмножество МП и коммутатор (КОМ), который обеспечивает связь между любыми ЭП и любыми МП. Подмножество МП иногда называют общей памятью для всех элементарных процессоров. Взаимодействие между ЭП осуществляется не через КОМ, а через общую память. Все МП, как правило, идентичны.

Примеры МС:

1. C. mmp (институт Карнеги-Меллана)

Требования:

1. Достижение высокой производительности (большой полосой пропускания канала процессор-память).

2. Обеспечение и измерение показателя надёжности, в том числе и перемежающихся отказов.

3. Максимальное использование серийно выпускаемой аппаратуры:

4. позволяет свести работу системы к работам по созданию лишь системных компонентов;

5. использование наработанного программного обеспечения (особенно программ тестируемых структур);

6. достижение более высокой надёжности.

Эта структура используется для распознавания образа (звук, видео). Система состоит из 16 ЭП фирмы DAR, процессорPDP11/40.

МП – объёмом 64 К, микропроцессорная шина обеспечивает связь с внешними устройствами, в числе которых накопители большой ёмкости (винт) и ОЗУ большой ёмкости.

Принципиальным недостатком является наличие единого КОМ, выход из строя которого приводит к полной неработоспособности системы.

2. C.vmp

Требования:

1. Сохранение работоспособности в условиях всех видов отказов (вода, пожар).

2. Независимость программного обеспечения с точки зрения пользователя от механизма отказоустойчивости системы.

3. Способность системы работать в реальном масштабе времени (аппаратура ВС должна позволять быстро обнаруживать и устранять отказы).

4. Модульные построения ВС с целью сокращения времени простоя (система должна позволять функционировать части системы при отключенной другой для проведения профилактических работ).

5. Применение серийных компонентов при построении ВС (для сокращения объёма вновь разрабатываемой аппаратуры; использование компонентов, выпускаемых серийно; преемственность…).

Структура:

Схема мажорирования

В этой структуре реализован принцип голосования (мажорирования) 2 из 3 в этом случае.

Конфигурации:

1. Все три процессора работают по идентичным программам и с одинаковым массивом данных. При этом Vобеспечивает приём трёх слов информации, их сравнения и выдачу наиболее достоверного кода на соответствующие шины. Голосование обеспечивается как при передачи от процессора к памяти, так и в обратном направлении. Этот режим обеспечивает максимальную отказоустойчивость.

2. Максимальная производительность. Все три процессора работают со своими задачами, которые могут отличаться друг от друга. Схема Vтогда представляет собой простой коммутатор, обеспечивающий связь элементарных процессоров с общей памятью. В этом режиме каждый ЭП может быть связан с любым МП.

3. При структуре максимальной производительности и использование межмашинного интерфейса Lэту структуру можно представить в виде конвейерного процессора.

Анализ МС

Достоинства:

1. высокая производительность (достигается благодаря параллелизму решения задач);

2. программируемость структуры и адаптируемость её под структуры и параметры реализуемых алгоритмов (достигается средствами коммутации). Эти средства позволяют задать маршруты движения информации при взаимодействии основных элементов МС.

Недостатки:

1. наличие единого ресурса резко снимает надёжность вычислительной системы;

2. требуется при создании ресурса большое количество выводов (контактов).