Лекция 26. Направление развития в высокопроизводительных вычислительных системах.
Вызывавшие сомнения в своей перспективности еще в середине 80-х годов параллельные архитектуры сегодня общепризнанны. Но достигнут ли уже предел совершенствования архитектур? Похоже, нет: их темп развития только возрос.
Повышение производительности вычислительных установок обычно достигается за счет увеличения тактовой частоты работы элементов и количества этих элементов, позволяющего вводить параллелизм обработки и программируемость структуры [1]. Однако совершенствование вычислительных систем всегда сопровождал разрыв между быстродействием логических элементов и элементов памяти. Этот разрыв при возрастании степени интеграции и быстродействия больших интегральных схем (БИС) имеет тенденцию к увеличению. На каждом уровне развития элементной базы в силу обстоятельств, обусловленных необходимостью преодоления данного разрыва, ограничением на размер и количество выводов у корпусов микросхем, имеющимися средствами автоматизации программирования одни архитектуры становились предпочтительнее других — скажем, по показателю «производительность/стоимость».
Дискретная элементная база и интегральные схемы малой и средней интеграции позволяли изготовить процессор с произвольной архитектурой при существенном ограничении на общий объем используемого оборудования. Для обеспечения высокой производительности было необходимо соответствующее количество регистров и функциональных устройств, однако требуемый для их создания объем электронных компонентов, паяных и разъемных соединений определялся надежностью создаваемого процессора, стоимостью и энергопотреблением. В этих условиях конструкторы процессоров предложили разнообразные архитектуры, каждая из которых в своей проблемной области обеспечивала наивысшее значение показателя «производительность/стоимость». К числу таких архитектур следует отнести векторно-конвейерные процессоры и ассоциативные процессоры с SIMD-архитектурой, все обрабатывающие процессорные элементы которых выполняют команды одного потока, выдаваемого одним общим устройством управления. В период использования полупроводниковых схем малой и средней интеграции было создано несколько типов таких процессоров, например, STARAN [2], DAP [3], Connection Machine [4], состоящих из большого числа однобитных процессорных элементов со встроенной в каждый из них локальной памятью. Значительный рост степени интеграции при существенно меньшем росте количества выводов корпусов привел к ситуации, когда в одной БИС могло разместиться много процессорных элементов, однако их явно не хватало для создания полноценного SIMD-процессора. Объединению совокупности таких интегральных схем в один процессор препятствовало малое число выводов, не позволявшее подсоединить к процессорному элементу память и создать эффективную сеть связи между элементами. Та же проблема возникала и при попытке построения векторно-конвейерных процессоров: блоки, реализованные на БИС, имели бы количество соединений с другими БИС, намного превышающее число их выводов. Векторно-конвейерные процессоры, такие как CRAY-1 [5], венчали развитие процессоров, строящихся из дискретных компонентов. Архитектура векторно-конвейерных процессоров, по-видимому, оптимальна для дискретной элементной базы по критерию «производительность/размер».
В 80-х годах появились микропроцессоры, которые существенно превзошли по соотношению «производительность/стоимость» специально разрабатываемые многокристальные процессоры. Особенности проектирования и изготовления СБИС, в том числе и микропроцессоров, делают экономически оправданным только их массовое производство, что практически исключило возможность создания специализированных кристаллов для многокристальных процессоров. Сложилась ситуация, когда многокристальный процессор на момент начала проектирования, имеющий экстремальные оценки производительности, после своего изготовления, потребовавшего ряда лет, уже существенно уступал своим современникам — универсальным серийным микропроцессорам. Массово выпускаемые микропроцессоры стали использоваться для производства всех типов вычислительных систем [6].
Коль скоро микропроцессоры стали основной элементной базой, то единственное, что из них можно строить — параллельные вычислительные системы, образуемые путем объединения коммуникационной средой совокупности процессоров, блоков памяти и устройств ввода-вывода.
Параллельные системы по назначению и используемой элементной базе можно разбить на четыре класса:
универсальные с фиксированной структурой, строящиеся из серийных универсальных микропроцессоров;
специализированные с фиксированной структурой, строящиеся из микропроцессоров, ориентированных на исполнение определенных вычислений;
универсальные с программируемой структурой, настраиваемые на аппаратурную реализацию исполняемых вычислений;
специализированные с программируемой структурой, настраиваемые на аппаратно-программную реализацию исполняемых вычислений.
- Курс лекций «Вычислительные машины, системы и сети»
- Часть 1. Вычислительные машины. 3
- Часть 2. Вычислительные системы. 202
- 1.3 Материнская плата
- 1.4 Процессор
- 1.5 Устройства хранения данных
- Лекция 2. Эволюция микрокомпьютеров.
- 1.1.Основные направления эволюции микрокомпьютеров.
- Лекция 3. Машинная организация процессора 80286
- 1.1. Введение.
- 2.2. Структура памяти.
- 2.3. Сегментация памяти.
- 2.4. Структура ввода-вывода.
- 2.5. Регистры.
- Лекция 4. Операнды и режимы адресации операндов.
- Лекция 5. Общая организация памяти.
- Лекция 6. Прерывание микропроцессора в эвм.
- Организация обработки прерываний в эвм
- Цепочечная однотактная система определения приоритета запроса прерывания
- Обработка прерываний в персональной эвм
- Лекция 7. Последовательный интерфейс rs–232c.
- Общие сведения о интерфейсе rs–232c
- Виды сигналов
- Тестовое оборудование для интерфейса rs–232c
- Лекция 8. Последовательный интерфейс сом-порт.
- Использование сом-портов
- Функции bios для сом-портов
- Сом-порт и РпР
- Лекция 9. Программируемый связной интерфейс.
- Лекция 10. Передача данных между эвм с помощью модемов. Типы и характеристики модемов.Набор ат-команд.
- Ат-команды
- Лекция 11. Программируемый периферийный интерфейс.
- Лекция 12. Параллельный интерфейс:lpt-порт. Понюхов е. В.
- Интерфейс Centronics
- Сигналы интерфейса Centronics
- Традиционный lpt-порт
- Функции bios для lpt-порта
- Расширения параллельного порта
- Физический и электрический интерфейс
- Режимы передачи данных
- Полубайтный режим ввода — Nibble Mode
- Конфигурирование lpt-портов
- Использование параллельных портов
- Неисправности и тестирование параллельных портов
- Лекция 13. Программируемые таймеры и счетчики событий.
- Лекция 14. Универсальная последовательная шина usb.
- 2.Шина usb.Общая характеристика.
- Структура usb
- 3.Физический интерфейс
- Протокол
- Устройства usb - функции и хабы
- Хост-контроллер
- Лекция 15. Протокол работы usb-шины.
- Описание протоколов используемых при передаче данных Структура usb пакета
- Поля usb пакета
- Типы usb пакетов
- Приоритеты передач по usb-шине
- Источники информации
- Лекция 16. Интерфейс ieee-1394 (FireWire).
- Технические характеристики
- Топология шины
- Пример топологии ieee-1394
- Совместимость
- Кабели и разъемы
- Список литературы
- Лекция 17. Организация прямого доступа к памяти.
- Лекция 18. Устройства ввода эвм. Клавиатура. Введение
- 1. Основные части клавиатуры
- 1.1. Клавиши пишущей машинки (алфавитно-цифровая клавиатура)
- Режимы ввода символов
- Названия специальных знаков
- 1.2. Служебные клавиши
- Индикаторы режимов
- Клавиши управления курсором
- 1.3. Функциональные клавиши
- 1.4. Малая цифровая клавиатура
- 2. Принципы работы клавиатуры
- Лекция 19. Интерфейс эвм с видеотерминалом. Видеоадаптер. Режимы изображений: текстовый и графический режимы. Видеопамять. Анимация изображений. Интерфейс эвм с видеотерминалом.
- Видеоадаптер.
- Лекция 20. Накопитель магнитных дисков: гибкий и жесткий. Структура дисков: дорожки, сектора, блоки. Обмен информации между эвм и магнитными дисками.
- Лекция 21. Сканер. Считывание изображения. Типы обрабатываемых изображений. Качество изображения.
- Лекция 22. Назначение и функции операционной системы.
- Часть 2. Вычислительные системы. Лекция 23. Классификация систем параллельной обработки данных.
- Сеть с топологией кольцо
- Литература
- Лекция 24. Классификация мультипроцессорных систем по способу организации основной памяти.
- Лекция 25. Обзор архитектур многопроцессорных вычислительных систем.
- Лекция 26. Направление развития в высокопроизводительных вычислительных системах.
- Универсальные системы с фиксированной структурой
- Направления развития микропроцессоров
- Системы с фиксированной структурой из серийных микропроцессоров
- Специализированные системы с фиксированной структурой
- Специализированные системы с программируемой структурой
- Технологическая база развития современных архитектур
- Архитектуры многопотоковых процессоров
- Кластер Green Destiny
- Программируемый микропроцессор
- Однородные вычислительные среды
- Литература
- Однокристальный ассоциативный процессор сам2000
- Литература
- Однокристальный векторно-конвейерный процессор sx-6
- Литература
- Лекция 27. Принципы построения телекоммуникационных вычислительных систем.
- 2.Компоненты телекоммуникационной системы
- 3. Типы телекоммуникационных сетей.
- 4. Топологии вычислительной сети.
- 5. Модем
- Часть 3. Вычислительные сети. Лекция 28. Эталонная модель взаимодействия открытых систем.
- Лекция 29. Локальные вычислительные сети.
- 10Base-2 или тонкий Ethenet
- 10Base-5 или толстый Ethenet
- 2.2.2. Компоненты сети
- 2.2.3. Проводная сеть в умном доме(LexCom Home)
- Лекция 30. Беспроводные сети на основе службы gprs.
- Чем привлекательна эта технология?
- Передача данных: gprs и gsm
- Что дает абоненту технология gprs?
- Принципы построения системы gprs
- Терминальное оборудование gprs
- Скорости передачи в системе gprs
- Перспективы развития услуг на базе gprs
- Перспективы пакетной передачи данных
- Gprs модемы существуют в нескольких исполнениях:
- Лекция 31. Беспроводные сети Radio-Ethernet.
- Заключение
- Лекция 32. Беспроводные локальные сети на основе Wi-Fi - технологии. Введение.
- Архитектура, компоненты сети и стандарты
- Организация сети
- Физический уровень ieee 802.11
- Канальный уровень ieee 802.11
- Типы и разновидности соединений
- 2. Инфраструктурное соединение.
- 4. Клиентская точка.
- 5. Соединение мост.
- Список использованной литературы: