Answer 1 Вопросы к зачету АЭВМиВС_2021. Электронная вычислительная машина
 Скачать 1.84 Mb.
|
9.4. Архитектура ВС. Параллелизм команд и данныхАрхитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы. Понятие архитектуры затрагивает более общую классификацию, относящуюся к видам параллельной обработки информации. Среди различных видов классификаций выделяют следующую классификацию. Согласно её все ВС сети могут быть разбиты на 4 группы: 1) одиночный поток команд и данных ОКОД (SISD) 2) множественный поток команд, одиночный поток данных МКОД (MISD) 3) одиночный поток команд, множественный поток данных ОКМД (SIMD) 4) множественный поток команд, множественный поток данных МКМД (MIMD). SISD (англ. Single Instruction, Single Data) или ОКОД (Одиночный поток Команд, Одиночный поток Данных) — архитектура компьютера, в которой один процессор выполняет один поток команд, оперируя одним потоком данных MISD-Архитектура (англ. Multiple Instruction stream, Single Data stream, Множественный поток Команд, Одиночный поток Данных, МКОД) — тип архитектуры параллельных вычислений, где несколько функциональных модулей (два или более) выполняют различные операции над одними данными. Один из классов вычислительных систем в классификации Флинна. SIMD (англ. single instruction, multiple data — одиночный поток команд, множественный поток данных, ОКМД) — принцип компьютерных вычислений, позволяющий обеспечить параллелизм на уровне данных. Один из классов вычислительных систем в классификации Флинна.SIMD-компьютеры состоят из одного командного процессора (управляющего модуля), называемого контроллером, и нескольких модулей обработки данных, называемых процессорными элементами. Управляющий модуль принимает, анализирует и выполняет команды. MIMD (англ. Multiple Instruction stream, Multiple Data stream — Множественный поток Команд, Множественный поток Данных, сокращённо МКМД) — концепция архитектуры компьютера, используемая для достижения параллелизма вычислений. Один из классов вычислительных систем в классификации Флинна.Машины имеют несколько процессоров, которые функционируют асинхронно и независимо.  Кластерные архитектуры. Кластер – это объединение нескольких ЭВМ, которые для операционных систем выглядит как одна машина. Кластер представляет собой два или более компьютеров (часто называемых узлами), объединяемые при помощи сетевых технологий на базе шинной архитектуры или коммутатора и предстающие перед пользователями в качестве единого информационно-вычислительного ресурса. Кластерная архитектура представлена на рис. 5.10.  Рисунок 5.10 – Кластерная архитектура В качестве узлов кластера могут быть выбраны серверы, рабочие станции и даже обычные персональные компьютеры. Узел характеризуется тем, что на нем работает единственная копия операционной системы. Элементами кластера являются – один управляющий узел и остальные вычислительные, связанные в локальную сеть. Управляющий узел – подготовка параллельных программ и данных, взаимодействие с вычислительными узлами через управляющую сеть. Вычислительные узлы – выполнение параллельной программы, обмен данными через коммуникационную сеть. Возможности масштабируемости кластеров позволяют многократно увеличивать производительность приложений для большего числа пользователей технологий (Fast/Gigabit Ethernet, Myrinet) на базе шинной архитектуры или коммутатора. Такие суперкомпьютерные системы являются самыми дешевыми, поскольку собираются на базе стандартных комплектующих элементов ("off the shelf"), процессоров, коммутаторов, дисков и внешних устройств. Кластеры условно можно разделить на классы. Класс I. Класс машин строится целиком из стандартных деталей, которые продают многие поставщики компьютерных компонентов (низкие цены, простое обслуживание, аппаратные компоненты доступны из различных источников). Класс II. Система имеет эксклюзивные или не слишком широко распространенные детали. Таким образом, можно достичь очень хорошей производительности, но при более высокой стоимости. Схема вычислительной системы СUDESNIK.  Вычислительный узел NVIDIA Tesla: Число процессоров Tesla c2070 4 Число вычислительных ядер: 1792 (448 на один процессор) Точность операций с плавающей точкой: Одинарная и двойная точность в соответствии с IEEE 754 Пиковая производительность 4,12 Тфлоп/c Объем специальной памяти: 24GB GDDR5 Интерфейс памяти: 384-bit Полоса пропускания памяти: 148 GB/sec Макс. потребление энергии: 900W TDP Системный интерфейс: PCIe x16 Gen2 Всего таких 3 вычислительных узла. Пиковая производительность всей вычислительной системы — 12,36 Тфлоп/с Установленное ПО (CudaToolkit 3.2): 1. Компиляторы CUDA C (nvcc), OpenCL (nvopencc), PTX-ассемблера (ptxas). 2. Библиотеки CUDA: CUBLAS - набор базисных подпрограмм линейной алгебры; CUFFT - быстрое преобразование Фурье; CURAND — генерация псевдо- и квазислучайные числа; CUSPARSE — разреженные матрицы. 3. Набор примеров и средств разработки (CUDA SDK) Элементы алгебры логики Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями. Высказывание — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности Простейшими операциями в алгебре логики являются операции логического сложения (иначе: операция ИЛИ, операция дизъюнкции) и логического умножения (иначе: операция И, операция конъюнкции)законы. 1. Сочетательный: (а+b)+c = а +:(b+с), (а•b)•c = а•:(b•с). 2. Переместительный: (а + b) = (b+а), (а • b) = (b•а), 3. Распределительный: a•(b + c) = a•b + a•c, (a + b)•c = a•c+b•c. Справедливы соотношения, в частности: а + а = а а + b=b, если а<=b, а•а = а а•b=а, если а <= b, a + a•b = a a•b = b, если а >= b, а + b= а ,если а>=b. Наименьшим элементом а Понятие о минимизации логических функций. Проблема минимизации логических функций решается на основе применения законов склеивания и поглощения с последующим перебором получаемых дизъюнктивных форм и выбором из них оптимальной (минимальной). Машинные коды чисел. В компьютерах все арифметические операции осуществляются в машинных кодах и могут быть сведены к операции сложения и операциям сдвига вправо или влево. Обычно применяются прямой, обратный и дополнительный коды. Прямой код двоичного числа образуется из абсолютного значения этого числа и кода знака (нуль или единица) перед его старшим числовым разрядом. Обратный код двоичного числа образуется по следующему правилу. Обратный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Обратный код отрицательного числа содержит единицу в знаковом разряде числа, а значащие разряды числа заменяются на инверсные, т.е. нули заменяются единицами, а единицы — нулями. Дополнительный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа представляет собой результат суммирования обратного кода числа с единицей младшего разряда (2° — для целых чисел, 2-к — для дробных). Модифицированные обратные и дополнительные коды двоичных чисел отличаются соответственно от обратных и дополнительных кодов удвоением значений знаковых разрядов. Знак «+» в этих кодах кодируется двумя нулевыми знаковыми разрядами, а знак «-» — двумя единичными разрядами. Целью введения модифицированных кодов являются фиксация и обнаружение случаев получения неправильного результата, когда значение результата превышает максимально возможный результат в отведенной разрядной сетке машины. В этом случае перенос из значащего разряда может исказить значение младшего знакового разряда. Значение знаковых разрядов «01» свидетельствует о положительном переполнении разрядной сетки, а «10» — об отрицательном переполнении. В настоящее время практически во всех моделях ЭВМ роль удвоенных разрядов для фиксации переполнения разрядной сетки играют переносы, идущие в знаковый и из знакового разряда. Представление информации в вычислительных машинах. Информация в компьютере кодируется в двоичной или в двоично-десятичной системах счисления. Система счисления — способ наименования и изображения чисел с помощью символов, имеющих определенные количественные значения. В зависимости от способа изображения чисел, системы счисления делятся на следующие: · позиционные; · непозиционные. В позиционной системе счисления количественное значение каждой цифры завиит от ее места (позиции) в числе. В непозиционной системе счисления цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения в числе. Количество (Р) различных цифр, используемых для изображения числа в позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления. Значения цифр лежат в пределах от 0 до Р - 1. В общем случае запись любого смешанного числа в системе счисления с основанием Р будет представлять собой ряд вида:   Нижние индексы определяют местоположение цифры в числе (разряд): · положительные значения индексов — для целой части числа (т разрядов); · отрицательные значения — для дробной (s разрядов). Максимальное целое число, которое может быть представлено в т разрядах:  Минимальное значащее, не равное 0 число, которое можно записать в s разрядах дробной части:  Имея в целой части числа m, а в дробной — s разрядов, можно записать всего Р т+S разных чисел. Базовые устройства персонального компьютера. Назначение базовой системы ввода вывода (BIOS). |