Вычислительные системы

Основным отличием ВС от компьютеров является наличие в  их структурах нескольких вычислителей (компьютеров или процессоров). Поэтому  они способны выполнять параллельные вычисления. Поскольку ВС появились  как параллельные системы, то рассмотрим классификацию архитектур c этой точки  зрения. Такая классификация архитектур была предложена М. Флинном в начале 60-х годов. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Согласно данной классификации существует четыре основных архитектуры ВС:

1. одиночный поток команд  – одиночный поток данных (ОКОД), в английской аббревиатуре Single Instruction Single Data, SISD – одиночный поток инструкций – одиночный поток данных;

2. одиночный поток команд  – множественный поток данных (ОКМД), или Single Instruction Multiple Data, SIMD – одиночный поток инструкций – одиночный поток данных;

3. множественный поток  команд – одиночный поток данных (МКОД), или Multiple Instruction Single Data, MISD – множественный поток инструкций – множественный поток данных;

4. множественный поток  команд – множественный поток  данных (МКМД), или Multiple Instruction Multiple Data, MIMD -множественный поток инструкций – множественный поток данных.

Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, то есть системы с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора. Закономерности организации вычислительного процесса в этих структурах достаточно хорошо изучены⁷.

Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или  матричной обработки. Системы этого  типа обычно строятся как однородные: процессорные элементы, входящие в  систему, идентичны, и все они  управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему  хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения  систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними. Векторный или матричный тип вычислений является необходимым атрибутом любой суперЭВМ⁸.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Вычислительные системы, как мощные средства обработки заданий  пользователей, широко используются не только автономно, но и в сетях  ЭВМ в качестве серверов. С увеличением  размеров сетей и их развитием  возрастают плотности информационных потоков, нагрузка на средства доступа  к сетевым ресурсам и на средства обработки заданий. Круг задач, решаемый серверами, постоянно расширяется, становится многообразным и сложным. Чем выше ранг сети, тем более  специализированными они становятся. Администраторы сетей должны постоянно  наращивать их мощь и количество, оптимизируя  характеристики сети под возрастающие запросы пользователей.

Управление вычислительными  процессами в ВС осуществляют операционные системы, которые являются частью общего программного обеспечения. В состав ОС включают как программы централизованного  управления ресурсами системы, так  и программы автономного использования  вычислительных модулей. Последнее  условие необходимо, поскольку в  ВС обычно предусматривается более  высокая надежность функционирования, например требование сохранения работоспособности  при наличии в ней хотя бы одного исправного модуля. Требование увеличения производительности также предполагает возможность параллельной и даже автономной работы модулей при обработке  отдельных заданий или пакетов  заданий. В зависимости от структурной  организации ВС можно выявить  некоторые особенности построения их операционных систем. Операционные системы многомашинных ВС являются более простыми. Обычно они создаются  как надстройка автономных ОС отдельных  ЭВМ, поскольку здесь каждая ЭВМ  имеет большую автономию в  использовании ресурсов (своя оперативная  и внешняя память, свой обособленный состав внешних устройств и т.д.). В них широко используются программные  методы локального (в пределах вычислительного центра) и дистанционного (сетевая обработка) комплексирования.

Общим для построения ОС многомашинных комплексов служит тот  факт, что для каждой машины ВС другие машины играют роль некоторых внешних  устройств, и их взаимодействие осуществляется по интерфейсам, имеющим унифицированное  программное обеспечение. Все обмены данными между ЭВМ должны предусматриваться  пользователями путем включения  в программы специальных операторов распараллеливания вычислений. По этим обращениям ОС ВС включает особые программы  управления обменом. При этом ОС должна обеспечивать распределение и последующую  пересылку заданий или их частей, оформляя их в виде самостоятельных  заданий. Такие ОС, организуя обмен, должны формировать и устанавливать  связи, контролировать процессы обмена, строить очереди запросов, решать конфликтные ситуации.

В многомашинных ВС диспетчерские  функции могут решаться на централизованной или децентрализованной основе. Связь  машин обычно устанавливается в  порядке подчиненности: «главная ЭВМ - вспомогательная ЭВМ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Бройдо В. Ильина О. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, изд. – Питер, 2011.
2. Емельянов С.В Информационные технологии и вычислительные системы. М., 2010.
3. Таненбаум Э. Современные операционные системы, изд. – Питер, 2011.
4. Чекмарев Ю.В. Вычислительные системы, сети и коммуникации, Издательство: ДМК-Пресс, 2009.

 

 

¹ Емельянов С.В Информационные технологии и вычислительные системы. М., 2010

² Бройдо В. Ильина О. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, изд. – Питер, 2011

³ Чекмарев Ю.В. Вычислительные системы, сети и коммуникации, Издательство: ДМК-Пресс, 2009

⁴ Таненбаум Э. Современные операционные системы, изд. – Питер, 2011

⁵ Емельянов С.В Информационные технологии и вычислительные системы. М., 2010

⁶ Бройдо В. Ильина О. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, изд. – Питер, 2011

⁷ Чекмарев Ю.В. Вычислительные системы, сети и коммуникации, Издательство: ДМК-Пресс, 2009

⁸ Емельянов С.В Информационные технологии и вычислительные системы. М., 2010