1.1. Классификация вс по назначению

ВС делятся на (Слайд 3) универ­сальные, предназначенные для решения самых различных задач, и специализированные, предназначенные для решения узкого класса задач.

Специализация ВС может устанавливаться различными средствами:

1. сама структура системы (количество параллельно работающих элементов, связи между ними и т.д.) может быть ориен­тирована на определенные виды обработки информации: матричные вычисления, решение алгебраических, дифференциальных и интеграль­ных уравнений и т.п.

2. специализация ВС может закладываться включени­ем в их состав специального оборудования и специальных пакетов обслуживания техники.

1.2. Классификация вс по типу построения

По типу построения ВС могут строиться на базе нескольких компьютеров (многомашинная ВС) или на базе нескольких процессоров (многопроцессорная ВС).

Многомашинная ВС содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с дру­гом, а могут быть удалены друг от друга на некоторое, иногда значительное рассто­яние (вычислительные сети).

Многомашинные вычислительные систе­мы (ММС) появились исторически первыми. Уже при использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надежности и достоверности вычислений (Слайд 4).

Варианты 1 и 2 обеспечивают режим повышенной надежности - одна из машин выполняет вычис­ления, а другая находится в «горячем» или «холодном» резерве, т. е. в готовности заменить основную ЭВМ.

Вариант 3 соответствует случаю, когда обе машины обеспечивают один из двух возможных параллель­ных режимов вычислений:

1. обе ЭВМ решают одну и ту же задачу и периодически сверяют результаты решения, обеспечивая режим повышенной достоверности и уменьшение вероятности появления ошибок. Примерно так построены управляю­щие бортовые вычислительные комплексы космических аппаратов и др.;

2. обе ЭВМ работают параллельно, но обрабатывают собствен­ные потоки заданий. Возможность обмена информацией между ма­шинами сохраняется. Этот вид работы относится к режиму повышен­ной производительности. Она широко используется в практике орга­низации работ на крупных вычислительных центрах, оснащенных несколькими ЭВМ высокой производительности.

В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей опера­ционной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами вы­полняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамиче­ские характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС).

Информационное взаимодействие компьюте­ров в многомашинной ВС может быть организовано на 3-х уровнях (Слайд 5):

1. На уровне процессоров - при непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.

2. На уровне оперативной памяти - взаимодействие на уровне оперативной памяти (ОП) сводится к программной реали­зации общего поля оперативной памяти (ООП), что проще, но требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность мо­дулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.

3. На уровне каналов связи - взаимодействие организуется наиболее просто, и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами - драйверами, обес­печивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).

Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и ди­намические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели на­дежности таких систем существенно ниже.

В многопроцессорной ВС (МПС) (Слайд 6) имеется несколько информационно взаимодействующих между собой процессоров. В качестве общего ре­сурса они имеют общую оперативную память (ООП), обеспечивающую общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода-вывода. МПС работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров, что существенно улучшает динамические характеристики ВС, но предъявляет к ОС высокие требования.

Более быстрый обмен информацией между процессорами и более быс­трое реагирование на ситуации, возникающие в системе, большая степень резервирования устройств системы (система сохраняет работоспособность, пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройств) приводят к существенному повышению быстродействия и надежности многопроцессорных ВС (по сравнению с многома­шинными ВС 3-го уровня).

Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютер­ные сети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.