Архитектура информационных систем. Литература по теме Практические задания Тема Устройство персонального компьютера системный блок и периферия Вопросы для самопроверки Литература по теме
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
Классификация Дункана. Согласно Р. Дункану параллельная архитектура - это такой способ организации вычислительной системы, при котором допускается, чтобы множество процессоров (простых или сложных) могло бы работать одновременно, взаимодействуя по мере надобности друг с другом. Следуя этому определению, все разнообразие параллельных архитектур Дункан систематизирует так, как показано на рисунке 58.  Рис. 58. Классификация ВС по Дункану По существу систематика очень простая: процессоры системы работают либо синхронно, либо независимо друг от друга, либо в архитектуру системы заложена та или иная модификация идеи MIMD. На следующем уровне происходит детализация в рамках каждого из этих трех классов. Дадим небольшое пояснение лишь к тем из них, которые на сегодняшний день не столь широко известны. Систолические архитектуры (их чаще называют систолическими массивами) представляют собой множество процессоров, объединенных регулярным образом (например, система WARP). Обращение к памяти может осуществляться только через определенные процессоры на границе массива. Выборка операндов из памяти и передача данных по массиву осуществляется в одном и том же темпе. Направление передачи данных между процессорами фиксировано. Каждый процессор за интервал времени выполняет небольшую инвариантную последовательность действий. Гибридные MIMD/SIMD архитектуры, dataflow, reduction и wavefront вычислительные системы осуществляют параллельную обработку информации на основе асинхронного управления, как и MIMD системы. Но они выделены в отдельную группу, поскольку все имеют ряд специфических особенностей, которыми не обладают системы, традиционно относящиеся к MIMD. Остальные три вида архитектур используют нетрадиционные модели вычислений. Dataflow используют модель, в которой команда может выполняться сразу же, как только вычислены необходимые операнды. Таким образом, последовательность выполнения команд определяется зависимостью по данным, которая может быть выражена, например, в форме графа. Модель вычислений, применяемая в reduction машинах иная и состоит в следующем: команда становится доступной для выполнения тогда и только тогда, когда результат ее работы требуется другой, доступной для выполнения, команде в качестве операнда. Wavefront array архитектура объединяет в себе идею систолической обработки данных и модель вычислений, используемой в dataflow. В данной архитектуре процессоры объединяются в модули и фиксируются связи, по которым процессоры могут взаимодействовать друг с другом. Однако, в противоположность ритмичной работе систолических массивов, данная архитектура использует асинхронный механизм связи с подтверждением (handshaking), из-за чего «фронт волны» вычислений может менять свою форму по мере прохождения по всему множеству процессоров. Классификация Хокни. Согласно Р. Хокни множественный поток команд МПС класса MIMD по систематике Флинна может быть обработан двумя способами: либо одним конвейерным устройством обработки, работающем в режиме разделения времени для отдельных потоков, либо каждый поток обрабатывается своим собственным устройством. Первая возможность используется в MIMD компьютерах, которые автор называет конвейерными (например, процессорные модули в Denelcor HEP). Архитектуры, использующие вторую возможность, называются потоковыми, и в свою очередь опять делятся на два класса: · MIMD компьютеры, в которых возможна прямая связь каждого процессора с каждым, реализуемая с помощью переключателя; · MIMD компьютеры, в которых прямая связь каждого процессора возможна только с ближайшими соседями по сети, а взаимодействие удаленных процессоров поддерживается специальной системой маршрутизации через процессоры-посредники. Далее, среди MIMD машин с переключателем Хокни выделяет те, в которых вся память распределена среди процессоров как их локальная память (например, PASM, PRINGLE). В этом случае общение самих процессоров реализуется с помощью очень сложного переключателя, составляющего значительную часть компьютера. Такие машины носят название MIMD машин с распределенной памятью. Если память это разделяемый ресурс, доступный всем процессорам через переключатель, то такие MIMD являются системами с общей памятью (CRAY X-MP, BBN Butterfly). В соответствии с типом переключателей можно проводить классификацию и далее: простой переключатель, многокаскадный переключатель, общая шина. Многие современные вычислительные системы имеют как общую разделяемую память, так и распределенную локальную. Такие системы автор рассматривает как гибридные MIMD c переключателем. При рассмотрении MIMD машин с сетевой структурой считается, что все они имеют распределенную память, а дальнейшая классификация проводится в соответствии с топологией сети: звездообразная сеть (lCAP), регулярные решетки разной размерности (Intel Paragon, CRAY T3D), гиперкубы (NCube, Intel iPCS), сети с иерархической структурой, такой, как деревья, пирамиды, кластеры (Cm*, CEDAR) и, наконец, сети, изменяющие свою конфигурацию. Заметим, что если архитектура компьютера спроектирована с использованием нескольких сетей с различной топологией, то, по всей видимости, по аналогии с гибридными MIMD с переключателями, их стоит назвать гибридными сетевыми MIMD, а использующие идеи разных классов - просто гибридными MIMD. Типичным представителем последней группы, в частности, является компьютер Connection Machine 2, имеющим на внешнем уровне топологию гиперкуба, каждый узел которого является кластером. Вопросы для самопроверки: 1. В чем заключаются основные различия между многомашинными и многопроцессорными ВС? 2. На каких уровнях может быть организованно взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС? 3. Какой общий ресурс используют многопроцессорные ВС? 4. Какие существуют виды архитектур ВС согласно классификации Флинна? 5. В чем заключается кластеризация способ организации ВС? 6. К какому типу ВС относятся компьютерные сети, суперкомпьютеры? 7. В чем состоят основные различия между конвейерными и потоковыми ВС согласно классификации Хокни? 8. Какие типы архитектур ВС выделяются в классификации Дункана? Напишите небольшое эссе (объемом в 2-3 страницы) по одному из перечисленных ниже вопросов: 1. Классификация Джонсона. 2. Классификация Базу. 3. Классификация Кришнамарфи. 4. Классификация Скилликорна. 5. Классификация Хендлера. 6. Классификация Шора. 7. Симметричная мультипроцессорная обработка. 8. Асимметричная мультипроцессорная обработка. 9. Гибридная архитектура (NUMA). 10. Транспьютеры и транспьютерные системы. Литература по теме: Основная литература: 1. Аппаратное обеспечение вычислительных систем / Д.В. Денисов, В.А. Артюхин, М. Ф. Седненков; под ред. Д.В. Денисова. – М.: Маркет ДС, 2010 – 184 с. (Университетская серия.). Дополнительная литература: 1. Вычислительная техника: учеб. пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. – 608 с.: ил. – (Профессиональное образование). Глава 2 п.п. 2.3 (стр. 137-159). 2. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: учебник. – М.: ФОРУМ, 2008. – 512 с.: ил. – (Профессиональное образование). Глава 2, п. 2.4 (стр. 153-207). 3. Вычислительные сети и распределенная обработка данных. http://sites.google.com/site/arkhipovnir/3. Видеоролики: 1. Как делаются процессоры // http://youtu.be/MPZiMYM2hfI. 2. Суперкомпьютер «Ломоносов» // http://www.youtube.com/watch?v=3aaZ2miSYFE. 3. ACADEMIA. Владимир Воеводин. «Суперкомпьютеры: незаметные гиганты». 1-я лекция // http://www.vesti.ru/videos?vid=360022. Практические задания: Задание 1. Определите, к какому типу согласно классификации Флинна относится представленная на рисунке архитектура.  Задание 2. Определите, к какому типу согласно классификации Флинна относится представленная на рисунке архитектура.  Задание 3. Определите, к какому типу согласно классификации Флинна относится представленная на рисунке архитектура.  Задание 4. Определите, к какому типу согласно классификации Флинна относится представленная на рисунке архитектура.  |