- •1 Способ.
- •2 Способ.
- •Организация однопроцессорных эвм.
- •Основные устройства входящие в эвм.
- •Система прерываний.
- •Система памяти. Классификация памяти.
- •Динамическая память.
- •Режим чтения записи.
- •Режим регенерации информации.
- •Режим страничной чтения записи.
- •Синхронная и асинхронная память.
- •Синхронная динамическая память
- •Кэш память
- •Постоянные запоминающие устройства
- •Пзу на 4 байта
- •Ппзу (Программированные пользователем запоминающие устройства)
- •Фрагмент ппзу (рисунок)
- •Спзу (Стираемые постоянные запоминающие устройства)
- •Фрагмент спзу (рисунок)
- •Эипзу (Электрические изменяемые постоянные запоминающие устройства)
- •Модульный принцип построения памяти
- •Организация плоской памяти
- •Особенности pdp-11
- •Организация памяти ibm – pc
- •Виды организации памяти
- •Прямой доступ к памяти (пдп, dma)
- •Принцип пдп
- •Упрощенный алгоритм обмена.
- •Структурная схема контроллеров пдп
- •Устройства массовой памяти или внешние запоминающие устройства.
- •Ограничения fat
- •Файловые системы ntfs
- •Общие выводы:
- •Оптические накопители.
- •Интерфейсы внешних запоминающих устройств.
- •Клавиатура.
- •Мониторы.
- •Интерфейс Centronics
- •Вычислительные комплексы и системы Параллельная обработка информации
- •Конвейер арифметических операций
- •Конвейер команд
- •Многопроцессорные вычислительные системы.
- •Типы структурной организации (мпвк).
- •С общей шиной.
- •С разделяемой памятью. ( с многоходовыми озу)
- •Особенности организации вычислительных комплексов.
- •Комплексы с общем полем оперативной памяти.
- •Комплексы cmmp.
- •Проект Эльбрус.
- •Этапы проекта Эльбрус
- •Структура Эльбрус 2 (рис.)
- •Основополагающие принципы проекта
- •Эвм Эльбрус 3м
- •Супер эвм мвс – 100к
- •Супер эвм мвс 15000 вм
- •Супер эвм мвс – 6000
- •Проект blue gene
- •Вычислительные системы. Системы с конвейерной обработкой информации.
- •Система cray
- •Матричные системы окмд.
- •Ассоциативные системы.
- •Функционально распределенные системы.
- •Транспьютеры.
Вычислительные комплексы и системы Параллельная обработка информации
Параллельная обработка информации – это совмещение во времени различных задач, либо частей одной задачи.
Типы параллелизма:
Естественный параллелизм независимых задач.
Независимые задачи: результаты или признаки, полученные при решении одной задачи, не влияющие на ход решения другой задачи.
Параллелизм независимых ветвей.
Наиболее распространен. При решении какой-то большой задачи можно выделить небольшие участки – ветви программы, которые независимы и могут обрабатываться параллельно.
Пояснения к следующему рисунку:
Х5,Х6 и другие – входная величина.
20, 30, 40, 50, 10, 15, 25 – длина ветви.
Y11 – результат выполнений.
Y23 – выходной результат.
Параллелизм объектов или данных.
Имеет место, когда на одной и той же программе обрабатывается некая совокупность данных. Пример: атомный реактор и 10000 датчиков на нем.
Параллелизм конвейера.
Может быть реализован в системах с одним процессором, разделенным на некоторое число последовательно-включенных операционных блоков, каждый из которых настроен на выполнение своей части общей операцией.
Работа конвейера:
Когда i операционный блок выполняет i – ую часть j операции, предыдущий i-1 выполняет i-1 часть, предыдущую часть j+1 операции, i+1 выполняет i+1 часть j-1 операции.
Конвейер арифметических операций
a * 10x + b * 10y = c * 10 x v y
ТБК = 400 ТК = 560
СП |
а1в1 |
а2в2 |
а3в3 |
а4в4 |
а5в5 |
... |
аnвn |
|
|
|
ВП |
|
а1в1 |
а2в2 |
а3в3 |
а4в4 |
|
|
аnвn |
|
|
СМ |
|
|
а1в1 |
а2в2 |
а3в3 |
|
|
аn-2вn-2 |
аnвn |
|
НР |
|
|
|
c1 |
c2 |
|
cn-3 |
cn-2 |
cn-1 |
cn |
n
TБК = n ∑ ti
i=1
TК = (n + m - 1) τк
Вывод.
Эффективность конвейера тем выше:
- чем больше массив обрабатываемых данных;
- чем набольшее число операционных блоков разбит процессор.
Конвейер команд
Этапы выполнения команды:
Определение адреса команды (ОАК),(изменение счетчика команд).
Выборка команды (ВК), (в регистр команд из ячейки команды и кэш-памяти поступает код команды).
Дешифрация команды (ДКО).
Определение адреса операнда (ОАО).
Выборка операнда (ВО).
Арифметическая или логическая операция (АЛО).
Запись результатов (ЗР).
ОАК |
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
К6 |
К7 |
К8 |
К9 |
К10 |
… |
ВК |
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
|
|
|
|
|
ДКО |
|
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
|
|
|
|
ОАО |
|
|
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
|
|
|
ВО |
|
|
|
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
|
|
АЛО |
|
|
|
|
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
|
ЗР |
|
|
|
|
|
|
К 1 |
К2 |
К3 |
К4 |
|
Эффективность конвейера тем выше, чем набольшее число этапов разбито выполнение команды. Наличие переходов, а особенно условных переходов, сразу нарушает работу конвейера, приводя его к холостым пробегам.
В современных конвейерах используется конвейеры команд и конвейеры арифметических операций.
Классификация систем обработки данных
Процесс решения задачи можно представить как воздействие некоторой последовательности команд на определенную совокупность данных, поэтому все системы можно разделить на четыре класса:
1) ОКОД
2) ОКМД
3) МКОД
4) ОКМД
Система ОКОД
Повышение производительности ОКОД:
Совмещение во времени различных этапов, независимых различных задач, то есть мультипрограммная обработка.
Расслоение памяти (интерливинг), кэширование АЗУ.
Обычным является использование конвейера команд и конвейера арифметических операций.
Система МКОД
Система ОКМД
Все АЛУ выполняют одну и ту же команду, но каждая наделена своими данными, которые, как правило, возникают из собственного локального ОЗУ.
МКМД
Может быть построен, как совокупность систем ОКОД и тогда его будут называть много машинным вычислительным комплексом, или по схеме и тогда будут называть многопроцессорным вычислительным комплексом.
ММВК используются для решения независимых или слабосвязанных задач, или для повышения надежности системы.
МПВК – единственные устройства, способные решать задачи с параллелизмом независимых ветвей.
ММВК
Различают с:
- косвенной связью;
- прямой связью;
- сателитной связью.
Косвенная связь
Связь осуществляется через ВЗУ в режиме общего работающего ящика. Используется для увеличения надежности системы:
Холодный резерв – резервная ЭВМ выключена и включается при отказе основной.
Информация в ВЗУ обновляется с некой периодичностью, поэтому резервная ЭВМ продолжит работу основной, вернувшись на шаг назад.
Горячий резерв – ЭВМ работают одинаково, но информация снимается только с одной из них.
ВЗУ используется для взаимного контроля.
При использовании 3 и более ЭВМ возможно их …..
Прямо связанные
Область применения та же, что и в косвенной, но расширены возможности комплекса.
ООЗУ – общее оперативное запоминающее устройство. По функциям аналогично ВЗУ, но работает много быстрее.
КПУ – канал прямого управления, который позволяет осуществлять взаимное управление.
В систему команд центральных серийных процессоров вводятся некоторые изменения и добавляются такие инструкции (например, HALL, WAIT), позволяю управлять работой процесса.
Однако, каждая из ЭВМ работает под управлением собственной операционной системы со всеми ….
АКК – адаптер канал канал. Связывает системные магистрали обеих ЭВМ. Для доступа “чужим” периферийным устройствам.
Сателитные ЭВМ
Определяющим является не структурная организация, а функциональная иерархическая соподчиненность машин. Существуют главные ЭВМ, выполняющие основную задачу и ряд сателитных ЭВМ, выполняющих:
- предварительную и сортировку информации;
- введение БД;
- управление удаленными каналами связи;
- поддержка файловой системы и т.д.
Назначение: увеличение производительности при некотором снижении надежности.
МПВК
Включают в себя две и более процессоров, имеющих общую оперативную память, периферийные устройства, каналы связи и т.п.. Объединенные средствами коммутации и работающими под управление общей операционной системы.
Операционные системы МПВК помимо обычных функций, выполняемых при мультипрограммной обработке, должны обеспечивать:
- динамическое распределение заданий и ресурсов между процессорами с учетом оптимизации загрузки всех процессоров;
- синхронизацию процессоров при решении разными процессами частей одной задачи;
- планирование работы системы;
- обработка конфликтных ситуаций.
Достоинства МПВК:
1. Высокая надежность за счет резервирования и динамической ренкофигурации системы.
2. Высокая производительность за счет гибкой реорганизации параллельных действий.
3. высокая экономическая эффективность за счет высокого коэффициента загрузки оборудований.
Недостатки:
Сложность топологии (перекрестные связи, большое число каналов ввода/вывода и т.п. приводят к удорожанию оборудования).
существует проблема защиты от взаимного влияния различных программ.
Лекция № 10