Технологии обработки данных

Системы параллельной обработки данных

Любая вычислительная система достигает своей наивысшей производительности благодаря использованию высокоскоростных элементов и параллельному выполнению большого числа операций. Именно возможность параллельной работы различных устройств системы является основой ускорения основных операций.

Параллелизм – параллельное выполнение двух или более процессов (программ).

Параллельное выполнение нескольких процессов может быть реализовано с помощью:

- многомашинности;

- мультипроцессорности;

- однопроцессорности с несколькими исполнительными устройствами;

- конвейеризации обработки данных.

Примерами двух последних подходов являются специализированные векторные процессоры, использующие параллелизм обработки, допускаемый векторно-матричными вычислениями. Векторные процессоры состоят из векторных и скалярных исполнительных устройств с быстрыми регистрами и индексной арифметикой

Конвейерная обработка данных расширяет параллелизм во времени вычислительного процесса за счет увеличения числа исполнительных устройств. Основу ее составляет раздельное выполнение некоторой операции в несколько этапов. При этом, когда первый этап завершается, результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратные средства, а устройство первого этапа обрабатывает уже новые данные. Эта технология и обеспечивает быструю обработку последовательных процессов.

Все параллельные вычислительные системы являются мультипроцессорными с различной архитектурой, при описании которых используют классификацию Флинна, где определен параллелизм потока команд и параллелизм потока данных в системе. Согласно этой классификации системы делятся на:

1. SISD – система с одним потоком команд и одним потоком данных;

2. SIMD – система с одним потоком команд и несколькими потоками данных;

3. МISD – система с несколькими потоками команд и одним потоком данных;

4. МIМD – система с несколькими потоками команд и несколькими потоками данных.

Вычислительные системы.

Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийных устройств и программного обеспечения, предназначения для сбора, обработки и распределения информации.

Создание вычислительных систем преследует цели:

1. повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных

2. повышение надежности системы и достоверности вычислений

3. предоставление пользователю дополнительных сервисных услуг.

Отличительной особенностью ВС в отличие от классической ЭВМ является наличие в ней вычислений, осуществляющих параллельную обработку. Параллелизм ускоряет обработку, может повысить и надежность системы, однако параллелизм усложняет процесс управления вычислительным процессом.

Классическим является многомашинныйй вариант, но возможен вариант, когда в системе будет только одна машина, с многофункциональными периферийными устройствами, или когда машина будет иметь не один, а несколько процессоров. Поэтому ВС прежде всего можно разделить на многомагнитные и многопроцессорные.

В машинной системе несколько процессоров, входящих в систему не имеют общей оперативной памяти, а имеют локальную. Эффект от такой системы может быть получен только в случае если решаемая задача разбивается на несколько слабо связанных между собой поддач.

Многопроцессорная архитектура. Наличие нескольких процессоров означает, что может быть организованно несколько потоков данных и несколько потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

Архитектура с параллельными процессами. В таких системах несколько АЛУ работают под управлением одного устройства управления. Это означает что множество данных может обрабатываться по одному потоку команд, т.е. по одной программе. Высокое быстродействие такой архитектуры получается только в случаях, когда одинаковые вычисления выполняются для различных наборов данных.