28. Машины, управляемые потоком данных. Принципы действия и особенности их построения. Графический метод представления программ.

Потоковые вычислительные системы:

1. Команда выполняется, когда выполнена предыдущая команда. Организация – управление потоком команд.

2. Команда выполняется, когда готовы операнды. Организация - управление потоком данных.

3. Команда выполняется, когда требуется ее результат. Системы, работающие по запросу.

Машины, управляемые потоком данных:

В машинах, управляемых потоком данных, не используются подходы, характерные для вычислительных систем. Здесь нет понятий «переменная», «счётчик систем», «передача управления». Программа такой системы представляет собой направленый граф, в узлах которого находятся операции, по ребрам графа перемещаются операнды.

Пример графического метода:

Типы узлов:

1. двухвходовая операционная вершина

2. одновходовая операционная вершина

3. вершина ветвления

4. вершина объединения

5. вершина T/F (true/false) коммутатор

Такие машины делятся на статические и динамические.

Статические машины: 1 токен на 1 дугу:

Для определения незанятости выходного порта используется механизм квитирования. Достоинства: простота определения активных и неактивных узлов; недостатки: система не допускает параллельного выполнения нескольких операций цикла.

Пример: машина Дэниса:

n*m, m*n – коммутаторы

БП – блоки памяти

ПЭ – процессорные элементы

Динамические машины: каждый токен имеет свой тег, состоящий из адреса команды для которой предназначено значение и другая исполнительная информация. Вершина активируется, когда на входах присутствуют токены с одинаковыми тегами. Достоинство: возможность распараллеливания итераций цикла.Пример: манчестерская машина

29. Систолические вычислительные системы.

Систолическая архитектура использует конвейерный принцип обработки данных, при этом обращение к памяти происходит при считывании операндов и при записи окончательного результата. Промежуточные результаты находятся в конвейере систолической системы. Систолические системы относятся к классу узкоспециализированных систем.

Достоинства: регулярность структуры, возможность использовать все виды параллелизма, модульная структура позволяет легко расширять систему.

Типовая ячейка систолической системы состоит из:

-буферного регистра

-умножителя

-сумматора с накоплением (аккумулятор).

Недостатки: общая тактическая частота должна быть такой, чтобы каждый элемент структуры мог выполнить своё действие.

Классификация по степени гибкости:

1. специализированные

2. алгоритмически ориентированные (возможность программных связей или самих ПЭ)

3. программируемые

4. поразрядные

Классификация по типу связей (по топологии):

1. одномерные (наиболее распространенные) – цифровая фильтрация

2. двумерные ( матричная система)

3. трехмерные – для решения дифференциальных уравнений

30. Кластерные вычислительные системы.

Кластерная система - набор компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса. Эти системы являются логическим продолжением систем с раздельной памятью. В этих системах, каждый элемент представляет собой законченную вычислительную машину (в качестве таких машин используются ПК или рабочие станции). Для организации межмашинных связей используют обычную сеть. Для коммуникации используется библиотека MPI.

MPI- программа представляет из себя набор независимых процессов, каждый из которых выполняет свою программу. Каждый процесс работает в отдельном адресном пространстве. Задача распараллеливания алгоритмов и распределения программ между элементами системы ложится на программиста.

Особенности:

-возможность объединять узлы различного типа от ПК до суперкомпьютеров;

-задержка в отправке сообщений; пропускная способность сети.

Кластер на основе Ethernet имеет пропускную способность 10 Мб/с и задержку около 100 мкс, сопоставимая по производительности TRAY – машина имеет 50 Мб/с и 1 мкс.

Достоинства:

-абсолютное масштабирование

-наращиваемая масштабируемость

-высокий коэффициент готовности (выход из строя 1-го узла – не выход из строя все системы)

-соотношение «цена-производительность»

Классификация по способу использования дискового массива:

-без совместного использования

-с совместным использованием

RAID – избыточный массив организации дисков

Классификация по функциональным особенностям:

1. С пассивным резервированием – есть активный сервер, а второй не работает, но получает тактирующие сообщения о работе. При их отсутствии неактивный узел берет работу на себя

2. Резервирование с активным вторичным сервером – обмен тактирующими сообщениями, если один узел сломался, то второй активный узел берет на себя вычисления

3. Самостоятельные серверы – имеет собственные диски, а данные копируются с первичного на вторичны

4. Серверы с подключением ко всем дискам – все узлы подключены ко всем дискам, но каждый из них работает со своим собственным. Если узел выйдет из строя, то управление его дисковым массивом берет на себя другой узел

5. Серверы с совместным использованием дисков – есть массив, который используется всеми

Топология кластерных пар:

1. У злы объединяются пары. Дисковые массивы присваиваются обоим узлам. Кждый узел имеет доступ к каждому диску.

Эта топология обеспечивает коэффициент готовностим, однако, резервирование проводится паре.

2. Топология n+1. В этом случае каждый узел со своим дисковым массивом, а дисковый массив связан с еще одним узлом.

Э та топология: 1 узел может стать дополнительным для всех.

3. Топология n*m. Любой узел имеет доступ к любому диску.

Э та топология позволяет обеспечить каскадное резервирование.

4. Топология с раздельным доступом.