3. Содержание дисциплины

3.1 Содержание тем дисциплины

Тема 1.Введение

Способы организации и типы ВС. История параллелизма. Параллельная обработка информации: уровни и способы организации, реализация в многомашинных и многопроцессорных ВС. Скалярная и векторная обработка информации. Матричная обработка. Мультипроцессорная обработка. Операционные конвейеры. Однородные системы и среды. RISC-архитектуры. Развитие архитектур, ориентированных на языковые средства и среду программирования. Специализированные ЭВМ. Сети ЭВМ. Уровни параллелизма. Основы метрической теории ВС, систематика Флинна и другие классификации. Технология распределенной обработки данных.

Тема 2. Класс simd

Векторные системы, конвейерные системы. Общие принципы магистральной обработки. Архитектурные принципы. Функциональные устройства. Скалярные и векторные регистры. Стадии параллелизма. Уровни реализации магистрального принципа. Матричная обработка информации. Общие принципы построения и функционирования матричных архитектур. Многомодальная логика процессорных элементов. Организация памяти. Управление вычислительным процессом. Массивы процессорных элементов. Сети обмена между процессорными элементами.

Ассоциативные системы. Общие принципы ассоциативной обработки информации. Особенности поиска в ассоциативной памяти: маскирование и сравнение. Категории ассоциативных систем: полностью параллельные, поразрядно-последовательные, пословно-последовательные, блочно-ориентированные. Подсистема управления. Память команд. Модули ассоциативных матриц. Флип-сеть, разрядные сечения.

Матричные системы. Систолические матричные процессоры. Общие принципы систолической обработки. Синхронность вычислений. Методы синхронизации. Н-деревья. Модульность и регулярность систолических массивов. Особенности связей между процессорными элементами. Пространственная и временная локальность. Конвейеризуемость. Свойства систолических архитектур. Методы синтеза систолических массивов. Отображение графа алгоритма на систолические матричные процессоры.

Волновые матричные процессоры. Общие принципы волновой обработки. Асинхронные системы. Автосинхронность систем, управляемых данными. Регулярность, модульность и локальность межсоединений. Конвейеризуемость вычислений. Особенности проектирования процессорного элемента для волнового процессора. Отображение графа алгоритма на волновые матричные процессоры.

Тема 3. Класс mimd

SMR-системы. Общие принципы построения организации масштабируемых вычислительных систем. Система SP-2. Структура процессорных узлов. Пулы интерактивных, последовательных и параллельных заданий. Назначение процессорных узлов: файл-серверы, серверы-шлюзы, серверы баз данных, серверы резервного копирования.

Кластерные архитектуры. Общие принципы построения кластерных архитектур. Гетерогенные и гомогенные кластеры. Коммуникационные структуры кластерных систем. Обмен сообщениями в кластерах.

MPP-системы. Особенности организации MPP-систем. Система CRAY Т3D. Узлы процессорных элементов. Сеть связи. Чередование узлов. Маршрутизация. Организация памяти.

Транспьютеры. Общие принципы построения транспьютерных систем. Транспьютерное семейство фирмы Inmos. Внутренняя архитектура транспьютера. Процессор. Системный сервис. Интерфейс памяти. Внутренняя память. Регистры. Поддержка параллелизма. Язык Оккам.

Вычислительные системы с программируемой структурой. Модель коллектива вычислителей. Принципы построения. Функциональный, коммуникационно-настроечный автомат. Функциональная структура элементарной машины. Системные операции. Организация межмашинных взаимодействий. Структура связей, системные команды, элементарные машины, программное обеспечение. Распределенные вычислительные системы.

Однородные вычислительные среды. Принципы построения вычислительных сред. Среды с коллективным и индивидуальным поведением элементов. Соединительные и функциональные элементы среды. Универсальность элементов вычислительной среды. Настройка среды. Физическая реализация элементов вычислительной среды.

Отказоустойчивые вычислительные системы. Концепция устойчивости вычислительных систем к отказам. Требования к системам высокой готовности. Алгоритмы обнаружения неисправностей. Прямое и обратное восстановление в отказоустойчивых вычислительных системах. Маскирование ошибок в отказоустойчивых вычислительных системах. Перераспределение процессов в отказоустойчивых вычислительных системах.