8. Вычислительные системы

Рисунок 63. Иерархическое положение ВС

ВС – вычислительные системы. Здесь осуществляется параллельная обработка данных

Распараллеливание вычислительного процесса может осуществляться за счет введения :

- многопользовательского режима;

- многопрограммного режима в рамках одной ЭВМ.

С ростом мощности ЭВМ стоимость ПК растет по квадратичному закону, а ВС – по линейному:

Рисунок 64. Сравнительная эффективность ПК и ВС

Если работаем с мощностью правее точки пересечения, то экономичнее применять ВС, левее – ПК.

Нас интересует область правее точки пересечения : здесь ЭВМ переходит на уровень ВС.

ВС – это совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих процессоров или ЭВМ, а также периферийного оборудования и программного обеспечения.

ВС могут быть многомашинными и многопроцессорными

Многомашинные ВС (ММВС)

Рисунок 65. Многомашинные ВС

В ММВС параллельно работают несколько ЭВМ. Режимы их работы могут быть различны:

- режим с резервированием: ПВУ (программно временное устройство) замыкает переключатель или на 1 или на2 (работает с ЭВМ1 или с ЭВМ2). Если ПВУ работает с ЭВМ1, то ЭВМ2 находится в режиме ожидания (холодного или горячего);

- параллельный режим: к точке 3 подключается и ЭВМ1 и ЭВМ2, они работают параллельно: выполняют две части программы (быстродействие возрастает в два раза);

- режим дублирования: обе ЭВМ работают над одной и той же задачей. Решение принимается голосованием. В этом случае резко сокращается вероятность ошибки.

Более распространенный вариант ВС – многопроцессорные (МПВС).

Рисунок 66. Многопроцессорные ВС

Процессоры в таких ВС работают параллельно, обычно имеют общую память, общий интерфейс, подключение идет через коммутатор. Число МП в МПВС в настоящее время перевалило за 1024.

Самая большая трудность в работе таких ВС – распараллеливание вычислительного процесса. Если процесс разбивается на части, и каждый процессор выполняет свою часть, то объединить результаты работы потом очень сложно, но сейчас эта задача уже решена.

Микропроцессоры обрабатывают поток данных (ПД) и поток команд (ПК).

Потоки данных, как и потоки команд, могут быть одиночными (ОПД и ОПК) и множественными (МПД и МПК).

Возможны различные комбинации потоков.

1. Это самый простой вариант комбинации – ОПД и ОПК

Рисунок 67. ВС с ОПК и ОПД

2. Комбинация МПК и ОПД. Здесь имеется цепочка последовательно включенных процессоров, каждый из которых выполняет определенную операцию. Процессоры работают вместе под управлением МПК. Процессоры постоянно загружены вычислительными процессами (что очень удобно), но эта схема не везде работает.

Рисунок 68. ВС с МПК и ОПД

3. Комбинация МПД и ОПК. Здесь процессоры работают параллельно. ПД нужно разбить на части, таким образом, чтобы процессоры обрабатывали каждый свою часть практически одновременно, чтобы сформировать выходной сигнал.

Рисунок 69. ВС с ОПК и МПД

4. Комбинация МПД и МПК. Процессоры работают в параллельном режиме, МПД разбивается на N сегментов, а управление идет через множество команд. Это самый быстродействующий и сложный вариант.

Рисунок 70. ВС с МПК и МПД