Часть 2. Вычислительные системы. Лекция 23. Классификация систем параллельной обработки данных.
На протяжении всей истории развития вычислительной техники делались попытки найти какую-то общую классификацию, под которую подпадали бы все возможные направления развития компьютерных архитектур. Ни одна из таких классификаций не могла охватить все разнообразие разрабатываемых архитектурных решений и не выдерживала испытания временем. Тем не менее в научный оборот попали и широко используются ряд терминов, которые полезно знать не только разработчикам, но и пользователям компьютеров.
Любая вычислительная система (будь то супер-ЭВМ или персональный компьютер) достигает своей наивысшей производительности благодаря использованию высокоскоростных элементов и параллельному выполнению большого числа операций. Именно возможность параллельной работы различных устройств системы (работы с перекрытием) является основой ускорения основных операций.
Параллельные ЭВМ часто подразделяются по классификации Флинна на машины типа SIMD (Single Instruction Multiple Data - с одним потоком команд при множественном потоке данных) и MIMD (Multiple Instruction Multiple Data - с множественным потоком команд при множественном потоке данных). Как и любая другая, приведенная выше классификация несовершенна: существуют машины прямо в нее не попадающие, имеются также важные признаки, которые в этой классификации не учтены. В частности, к машинам типа SIMD часто относят векторные процессоры, хотя их высокая производительность зависит от другой формы параллелизма - конвейерной организации машины. Многопроцессорные векторные системы, типа Cray Y-MP, состоят из нескольких векторных процессоров и поэтому могут быть названы MSIMD (Multiple SIMD).
Классификация Флинна не делает различия по другим важным для вычислительных моделей характеристикам, например, по уровню "зернистости" параллельных вычислений и методам синхронизации.
Можно выделить четыре основных типа архитектуры систем параллельной обработки:
1) Конвейерная и векторная обработка.
Основу конвейерной обработки составляет раздельное выполнение некоторой операции в несколько этапов (за несколько ступеней) с передачей данных одного этапа следующему. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько операций. Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если происходит задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится. Векторные операции обеспечивают идеальную возможность полной загрузки вычислительного конвейера.
При выполнении векторной команды одна и та же операция применяется ко всем элементам вектора (или чаще всего к соответствующим элементам пары векторов). Для настройки конвейера на выполнение конкретной операции может потребоваться некоторое установочное время, однако затем операнды могут поступать в конвейер с максимальной скоростью, допускаемой возможностями памяти. При этом не возникает пауз ни в связи с выборкой новой команды, ни в связи с определением ветви вычислений при условном переходе. Таким образом, главный принцип вычислений на векторной машине состоит в выполнении некоторой элементарной операции или комбинации из нескольких элементарных операций, которые должны повторно применяться к некоторому блоку данных. Таким операциям в исходной программе соответствуют небольшие компактные циклы.
2) Машины типа SIMD.
SIMD компьютер имеет N идентичных процессоров, N потоков данных и один поток команд. Каждый процессор обладает собственной локальной памятью. Процессоры интерпретируют адреса данных либо как локальные адреса собственной памяти, либо как глобальные адреса, возможно, модифицированные добавлением локального базового адреса. Процессоры получают команды от одного центрального контроллера команд и работают синхронно, то есть на каждом шаге все процессоры выполняют одну и ту же команду над данными из собственной локальной памяти.
Машины типа SIMD состоят из большого числа идентичных процессорных элементов, имеющих собственную память. Все процессорные элементы в такой машине выполняют одну и ту же программу. Очевидно, что такая машина, составленная из большого числа процессоров, может обеспечить очень высокую производительность только на тех задачах, при решении которых все процессоры могут делать одну и ту же работу. Модель вычислений для машины SIMD очень похожа на модель вычислений для векторного процессора: одиночная операция выполняется над большим блоком данных.
Такая архитектура с распределенной памятью часто упоминается как архитектура с параллелизмом данных(data-parallel), так как параллельность достигается при наличии одиночного потока команд, действующего одновременно на несколько частей данных. Сеть, соединяющая процессоры, обычно имеет регулярную топологию такую как кольцо SLAP:
- 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: