2 Архітектура комп’ютерних систем
2.1 Різновиди архітектур комп’ютерних систем
Існує декілька видів архітектур комп’ютерних систем:
SMP архітектура (symmetric multiprocessing) – симетрична багатопроцесорна архітектура. Головною особливістю систем з архітектурою SMP є наявність загальної фізичної пам'яті, розділяється всіма процесорами (див. Рис.2.1)
Рис. 2.1 – Схематичний вид SMP-архітектури
Пам'ять є способом передачі повідомлень між процесорами, при цьому всі обчислювальні пристрої при зверненні до неї мають рівні права і одну і ту ж адресацію для всіх осередків пам'яті. Тому SMP архітектура називається симетричною. Остання обставина дозволяє дуже ефективно обмінюватися даними з іншими обчислювальними пристроями. SMP-система будується на основі високо швидкісний системної шини (SGI PowerPath, Sun Gigaplane, DEC TurboLaser), до слотів якої підключаються функціональні блоки трьох типів: процесори (ЦП), операційна система (ОС) і підсистема вводу / виводу (I/O) . Для під'єднання до модулів I/O використовуються вже повільніші шини (PCI, VME64). Найбільш відомими SMP-системами є машини серій SGI Power Chalenge, DEC Alpha Server, Cray T3D. Вся система працює під управлінням єдиної ОС (зазвичай UNIX-подібної, але для Intel-платформ підтримується Windows NT). ОС автоматично (у процесі роботи) розподіляє процеси по процесорах, але іноді можлива і явна прив'язка.
Переваги SMP-систем:
– простота та універсальність для програмування.
– легкість в експлуатації.
– відносно невисока ціна.
Недоліки:
– системи із загальною пам'яттю, побудовані на системній шині, погано масштабуються
MPP архітектура (massive parallel processing) – масивно-паралельна архітектура. Головна особливість такої архітектури полягає в тому, що пам'ять фізично розділена. У цьому випадку система будується з окремих модулів, що містять процесор, локальний банк операційної пам'яті (ОП), два комунікаційних процесора (рутера) або мережевий адаптер, іноді – жорсткі диски або інші пристрої введення/виводу. Один рутер використовується для передачі команд, інший – для передачі даних. По суті, такі модулі являють собою повнофункціональні комп'ютери. (див. рис. 2.2).
Рис. 2.2 – Схематичний вид MPP-архітектури
Доступ до банку ОП з даного модуля має тільки процесори (ЦП) з цього ж модуля. Модулі з'єднуються спеціальними комунікаційними каналами. Користувач може визначити логічний номер процесора, до якого він підключений, і організувати обмін повідомленнями з іншими процесорами. Використовуються два варіанти роботи операційної системи (ОС) на машинах MPP архітектури. В одному, повноцінна операційна система (ОС) працює тільки на керуючої машині (front-end), на кожному окремому модулі працює сильно урізаний варіант ОС, що забезпечує роботу тільки розташованої в ньому гілки паралельного додатка. У другому варіанті, на кожному модулі працює повноцінна UNIX-подібна ОС, установлювана окремо на кожному модулі.
Гібридна архітектура NUMA (non uniform memory access). Головна особливість такої архітектури – неоднорідний доступ до пам'яті.
Гібридна архітектура втілює в собі зручності систем зі спільною пам'яттю і відносну дешевизну систем з роздільною пам'яттю. Суть цієї архітектури – в особливій організації пам'яті, а саме: пам'ять є фізично розподіленої по різних частинах системи, але логічно розділяється, так що користувач бачить єдиний адресний простір. Система складається з однорідних базових модулів (плат), що складаються з невеликого числа процесорів і блоку пам'яті. Модулі об'єднані за допомогою високошвидкісного комутатора. Підтримується єдиний адресний простір, апаратно підтримується доступ до віддаленої пам'яті, тобто до пам'яті інших модулів. При цьому доступ до локальної пам'яті здійснюється в кілька разів швидше, ніж до віддаленої. По суті архітектура NUMA є MPP (масивно-паралельна архітектура) архітектурою, де в якості окремих обчислювальних елементів беруться SMP (cімметрічна многопроцессорна архітектура) вузли.
Рис. 2.3 – Схематичний вид NUMA-архітектури
Кластерна архітектура.
Складається з 2-х і більше комп’ютерів (ПК), які з’єднані мережевими технологіями, при цьому ПК складаються зі звичайних, недорогих комплектуючих.
Існують 3 типи кластерів:
Кластер, для високопродуктивних обчислень. Щоб збільшити продуктивність, використовується велика кількість обчислювачів.
Кластерна система високої готовності. Для реалізації такої системи, необхідно використати резервні комп’ютери і комплектуючі.
Багатопотокова кластерна система. Використовується для обчислення одного інтерфейсу для доступу к ряду ресурсів.
Переваги кластерної системи:
– не висока ціна.
Недоліки кластерної системи:
– не висока швидкість передачі інформації між комп’ютерами(2, 3 рівня)