Понятие архитектуры и основные виды архитектуры

 

 

 

• Соединения процессоров:

1. Многопроцессорные системы с сильной связью: содержат несколько процессоров, которые подключены на шинном уровне. Эти процессоры могут иметь доступ к центральной разделяемой памяти ,или могут участвовать в иерархии памяти и с локальной и с разделяемой памятью.
2. Многопроцессорные системы с гибкой связью: часто называемые кластерами, основаны на множественных автономных одиночных или двойных компьютерах, связанных через высокоскоростную систему связи.

Системы с сильной связью работают лучше и физически они  меньше, чем гибко связанные системы, но системы с сильной связью имеют тенденцию быть намного больше  энергоэффективными,  чем кластеры  

       Многомашинная вычислительная система.

Многомашинная вычислительная система:

1. содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою основную память и работает под управлением своей операционной системы. Применение многомашинных систем позволяет повысить надежность вычислительных комплексов, однако при этом оборудование комплекса недостаточно эффективно используется для этой цели. Достаточно в каждой ЭВМ выйти из строя одному устройству ( даже разных типов), как вся система становится неработоспособной.
2. представляет собой комплекс из двух или более ЭВМ, связанных между собой либо общей разделяемой памятью, либо линиями передачи информации.
3. представляет собой логическое следствие эволюции двух общих тенденций, действующих в области конструирования вычислительных машин: стремления к модульной конструкции и организации одновременной ( параллельной) работы различных устройств машины.

_В зависимости от требований к скорости межмашинного обмена используются различные способы связи между ЭВМ многомашинного вычислительного комплекса [2]:

 

1)      Через общее поле внешней памяти;

 

2)      Через общее поле оперативной памяти;

 

3)      С помощью канала прямого управления процессорами;

 

4)      С помощью прямой связи между каналами ввода/вывода ЭВМ.

_П

 

ервый способ связи относится  к косвенным способам связи. Для  обеспечения связей между ЭВМ  используются устройства управления внешними запоминающими устройствами с двумя  или более входами. В косвенно-связных  комплексах связь между ЭВМ осуществляется только на информационном уровне. Обмен  информацией осуществляется следующим  образом: каждая из ЭВМ помещает в  общую внешнюю память информацию, руководствуясь собственной программой, и соответственно другая ЭВМ принимает  эту информацию, исходя из своих  потребностей. Такая организация  связей обычно используется в тех  случаях, когда ставится задача повысить надежность комплекса путем резервирования ЭВМ.

_С

ледующие три способа  относятся к прямым способам связи. Связь между ЭВМ можно организовать через общую оперативную память. Общая ОП включается в состав оперативной  памяти каждой ЭВМ и кодируется одинаковым адресным кодом в адресной сетке  каждой ЭВМ комплекса. Связь через  общую ОП также носит информационный характер, однако вследствие того, что  процессоры имеют прямой доступ к ОП, процессы обмена протекают с существенно большей скоростью. Связь через общую ОП гораздо дороже, чем через общее внешнее запоминающее устройство. 

 

 

Примером Многомашинной системой может служить компьютерный класс.

 

 

 

 

 

 

 

       Параллельные вычислительные системы.

 

Параллельные вычислительные системы  — это физические компьютерные, а также программные системы, реализующие тем или иным способом параллельную обработку данных на многих вычислительных узлах.

Идея параллельных вычислений основана на том, что большинство задач может быть разделено на набор меньших задач, которые могут быть решены одновременно. Обычно параллельные вычисления требуют координации действий.

 

Параллельные  вычисления существуют в нескольких формах:   

• Параллелизм на уровне битов
• Параллелизм на уровне инструкций
• Параллелизм данных
• Параллелизм на уровне задач

Параллельные вычисления использовались много лет в основном в высокопроизводительных вычислениях, но в последнее время  к ним возрос интерес вследствие существования физических ограничений  на рост тактовой частоты процессоров. Параллельные вычисления стали доминирующей парадигмой в архитектуре компьютеров, в основном в форме многоядерных процессоров.

Параллелизм на уровне битов:

_Э

та форма параллелизма основана на увеличении размера машинного  слова. Увеличение размера машинного  слова уменьшает количество операций, необходимых процессору для выполнения действий над переменными, чей размер превышает размер машинного слова. К примеру: на 8-битном процессоре нужно  сложить два 16-битных целых числа. Для этого вначале нужно сложить  нижние 8 бит чисел, затем сложить  верхние 8 бит и к результату их сложения прибавить значение флага  переноса. Итого 3 инструкции. С 16-битным процессором можно выполнить  эту операцию одной инструкцией.

Параллелизм на уровне инструкций:

_К

омпьютерная программа — это, по существу, поток инструкций, выполняемых  процессором. Но можно изменить порядок  этих инструкций, распределить их по группам, которые будут выполняться параллельно, без изменения результата работы всей программы. Данный приём известен как параллелизм на уровне инструкций.

Современные процессоры имеют многоступенчатый конвейер команд.

Каждой ступени конвейера соответствует  определённое действие, выполняемое  процессором в этой инструкции на этом этапе. Процессор с N ступенями  конвейера может иметь одновременно до N различных инструкций на разном уровне законченности .          

 

                         

Некоторые процессоры, дополнительно  к использованию конвейеров, обладают возможностью выполнять несколько  инструкций одновременно, что даёт дополнительный параллелизм на уровне инструкций. Возможна реализация данного  метода при помощи суперскалярности, когда инструкции могут быть сгруппированы вместе для параллельного выполнения.

            

                    Параллелизм данных:

Основная идея подхода, основанного на параллелизме данных, заключается в том, что одна операция выполняется сразу над всеми элементами массива данных. Различные фрагменты такого массива обрабатываются на векторном процессоре или на разных процессорах параллельной машины. Распределением данных между процессорами занимается программа. Векторизация или распараллеливание в этом случае чаще всего выполняется уже на этапе компиляции — перевода исходного текста программы в машинные команды.

Параллелизм задач (многопоточность):

Стиль программирования, основанный на параллелизме задач, подразумевает, что вычислительная задача разбивается на несколько относительно самостоятельных подзадач и каждый процессор загружается своей собственной подзадачей.