Geum.ru

Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальности 351400 «Прикладная информатика ( в сфере сервиса )»

Вид материалаУчебное пособие
Подобный материал:
1   ...   37   38   39   40   41   42   43   44   45
Резюме


Категория многопроцессорных вычислительных комплексов включает многопроцессорные вычислительные машины («мультипроцессоры») и многомашинные вычислительные системы сосредоточенного типа, а также гибридные схемы МВМ и ММВС.

МВМ с общей памятью, разделяемой всеми процессорами, строятся на основе архитектур SMP (UMA-мультипроцессоры) и ASMP (NUMA-мультипроцессоры).

ММВС сосредоточенного типа относят к классу MPP-архитектуры. Переход от архитектуры SMP к MPP позволил практически бесконечно масштабировать систему машин. Такой путь оказался технически и экономически более эффективным, чем увеличение числа процессоров в архитектурах SMP и ASMP.

Кластерная ММВС представляет собой многопроцессорный вычислительный комплекс, который построен на базе стандартных вычислительных модулей, соединенных высокоскоростной коммуникационно-коммутационной средой. В качестве элементарных вычислительных модулей кластера могут использоваться как однопроцессор­ные ВМ, так и архитектуры типа SMP (чаще – двухпроцессорные), ASMP или МРР.

Выбор коммуникационной среды, обеспечивающей основную информационную связь между вычислительными элементами МВК, определяется особенностями решаемых задач, требуемой производительностью вычислений, экономическими соображениями, вопросами масштабируемости и другими факторами. Наиболее доступными и отработанными типами коммуникационной среды являются сети на основе технологий Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Для решения сложных задач находят применение высокоскоростные специализированные технологии коммуникационных сред: SCI, Myrinet, QsNet, InfiniBand и др.

При организации МВК используются различные типы коммутационного оборудования. Коммутаторы МВК могут быть простыми и составными, компонуемыми из простых. В свою очередь простые коммутаторы могут быть коммутаторами с временным разделени­ем и коммутаторами с пространственным разделени­ем, а составные коммутаторы – полнодоступными и частично доступными; неблокируемыми, блокируемыми и неблокируемыми с перекоммутацией; ординарными и неординарными.

Компаниями SGI, Sun Microsystems, IBM, Hewlett-Packard, Hitachi, Fujitsu, Cray Research, NEC представлены многочисленные примеры создания эффективных МВК, достаточно широко используемых в различных практических приложениях. Отечественные разработки МВК базируются на стандартных комплектующих ведущих зарубежных производителей вычислительных устройств. Некоторые из российских разработок входят в мировой рейтинг наиболее высокопроизводительных МВК.
Контрольные вопросы и задания



  1. По каким основным архитектурным схемам строятся МВМ с общей памятью, разделяемой всеми процессорами?
  2. Опишите схемное решение SMP-архитектуры на основе общей шины.
  3. Объясните высокую эффективность схемных решение SMP-архитектуры с использованием перекрестно-координатных коммутаторов и многоступенчатых коммутаторных сетей.
  4. Какие цели преследуются при использовании комбинированных схем NUMA-мультипроцессоров с иерархическим расположением шин?
  5. Охарактеризуйте многомашинные вычислительные системы, относящиеся к классу MPP-архитектуры.
  6. В чем заключается принципиальная особенность построения кластерных многомашинных вычислительных систем?
  7. Представьте структурную схему кластерной конфигурации многомашинной вычислительной системы.
  8. Перечислите важнейшие характеристиками кластерных систем.
  9. Какие топологические схемы могут составлять модули многомашинных вычислительных систем?
  10. Назовите основные типы коммуникационных сред, обеспечивающих информационную связь между вычислительными элементами МВК.
  11. Охарактеризуйте особенности коммуникационной среды SCI.
  12. Какие значения пропускной способности обеспечиваются коммуникационной средой Myrinet?
  13. В чем состоит перспективность использования в МВК технологии коммуникационной среды InfiniBand?
  14. На какие типы подразделяются коммутаторы, применяемые для построения многопроцессорных вычислительных комплексов?
  15. Какой тип коммутатора называется полнодоступным?
  16. Чем отличаются ординарные коммутаторы от неординарных?
  17. Поясните эффективность построения распределенных типов составных коммутаторов.
  18. Приведите примеры практической реализации наиболее высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных комплексов.
  19. Каково состояние и перспективы разработок отечественных МВК?



Заключение


Вычислительная техника претерпела достаточно бурную и сложную эволюцию своего развития, которая начиналась с первых единичных образцов вычислительных машин, построенных на основе электронно-вакуумных ламп. К настоящему времени средства вычислительной техники представлены богатым ассортиментом современных вычислительных машин и систем, разработанных на базе полупроводниковых интегральных микросхем с высокой степенью интеграции электронных компонентов. Этот ассортимент включает массово производимые мобильные и настольные персональные компьютеры, высокопроизводительные рабочие станции, многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы, уникальные сверхвысокопроизводительные вычислительные комплексы, а также широкий спектр периферийных, коммуникационных, коммутационных и других вспомогательных устройств. На протяжении всей истории развития вычислительных машин и систем существенно совершенствуются их архитектурные решения, повышается эффективность работы базовых функциональных элементов (особенно таких, как центральные процессоры, основные и внешние запоминающие устройства).

В процессе развития вычислительной техники проявилась тенденция связи отдельных машин между собой и построения таким образом вычислительных сетей. Эта тенденция к настоящему времени приобрела глобальный характер и привела к значительному прогрессу телекоммуникационных средств и сетевых технологий. Характерной особенностью современного этапа развития вычислительных сетей является интенсивное совершенствование не только кабельных линий связей, но и беспроводных способов передачи информации. Идея объединение нескольких компактно расположенных машин в единый вычислительный комплекс послужила предпосылкой построения эффективных кластерных схем многомашинных вычислительных систем. Кластерные системы успешно применяются для решения сложных задач – от расчетов для науки и промышленности до управления базами данных. Практически любые приложения, требующие высокопроизводительных вычислений, имеют сейчас параллельные версии, которые позволяют разбивать задачу на фрагменты и обсчитывать их параллельно на отдельных узлах кластера. Заметных успехов в разработке и внедрении кластерных систем добились отечественные организации.

В последние годы наблюдаются высокие темпы развития и совершенствования средств вычислительной техники, существенно возрастает их производительность и мобильность. Уже в скором времени ожидается значительный прогресс в области миниатюризации и улучшения основных функциональных характеристик элементной базы вычислительной техники. Это особенно явно проявляется в сфере производства микропроцессоров, являющихся важнейшими и во многом определяющими компонентами вычислительных машин и систем. Так, ведущая мировая корпорация Intel планирует в ближайшие несколько лет увеличить плотность размещения транзисторов в кристалле процессора до нескольких миллиардов штук на один квадратный сантиметр и достичь тактовых частот, измеряемых десятками ГГц. Планируется дальнейшее совершенствование схемной организации микропроцессоров, в частности, продвижение многопоточных и многоядерных архитектурных решений. Однако даже сейчас современный процессор представляет собой чрезвычайно сложное устройство, а его совершенствование приближается в наиболее важных аспектах к физическому пределу и становится все более проблематичным. Альтернативой усложнения отдельных микропроцессоров является разработка новых многопроцессорных архитектур вычислительных комплексов, реализующих технологию параллельных вычислений. При этом решаются задачи оптимального распараллеливания как электронных схем, так и программного кода. В указанном направлении наиболее эффективный путь представляет интенсификация разработки новых кластерных архитектур вычислительных систем.

Перспективы развития телекоммуникационных средств и сетевых технологий заключаются в обеспечении максимальной мобильности пользователей, дальнейшем вытеснении технологий выделенных каналов связи технологиями виртуальных частных сетей, существенном увеличении пропускной способности каналов связи (особенно на «последней миле»), значительном повышении надежности сетевой защиты и обеспечении эффективной информационной безопасности.

Все более ярко проявляются интеграционные тенденции мирового развития вычислительной техники. Это прежде всего интеграция вычислительных мощностей (интеграция разнородных вычислительных систем в единое пространство с динамическим распределением ресурсов между приложениями), интеграция емкостей хранилищ информации и источников данных (интеграция в единую виртуальную базу разнородных баз данных, распределенных территориально и реализованных на разных аппаратных платформах), последующее создание на этой основе глобального информационного пространства. Внедрение новых технологий в сфере высокопроизводительных вычислений позволит кардинально упростить доступ к вычислительным ресурсам и сделать их использование существенно более эффективным. Выравнивание скоростей внутренних шин и внешних соединений способствует решению задачи объединения всех мировых вычислительных ресурсов в единую вычислительную среду.

Важнейшим направлением развития вычислительной техники является разработка и внедрение ее новой элементной базы, альтернативной традиционным кремниевым электронным компонентам. Все большее внимание уделяется так называемому биокомпьютингу, представляющему собой гибрид информационных технологий, молекулярной биологии и биохимии. Предполагается, что биокомпьютинг позволит решать сложные вычислительные задачи, организуя вычисления при помощи живых тканей, клеток, вирусов и биомолекул. Наиболее распространен подход, при котором в качестве процессора используются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Структура ДНК-процессора – это структура молекулы ДНК, а набор команд – это перечень биохимических операций с молекулами. Кроме ДНК в качестве биопроцессора могут быть использованы белковые молекулы и биологические мембраны.

Одно из наиболее перспективных направлений разработки принципиально новых архитектур вычислительных систем связано с использованием методов обработки информации, заложенных в искусственных нейронных сетях. Такие сети обладают выгодными свойствами, они не требуют детализированной разработки программного обеспечения и открывают возможности решения задач, для которых отсутствуют теоретические модели или эвристические алгоритмы. По своей природе нейронные сети являются системами с очень высоким уровнем параллелизма.

Разрабатываются и другие альтернативные подходы к построению вычислительных устройств. Несомненно, что XXI век обязательно ознаменуется не только эволюционными, но и революционными процессами развития вычислительной техники.


Библиографический список


1. Архитектура компьютерных систем и сетей / Т. П. Барановская, В. И. Лойко, М. И. Семенов, А. И. Трубилин. – М. : Финансы и статистика, 2003. – 256 с. : ил.

2. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем / А. В. Богданов, В. В. Корхов, В. В. Мареев, Е. Н. Станкова. – М. : ИНТУИТ.РУ, 2004. – 176 с. : ил.

3. Бройдо, В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / В. Л. Бройдо. – СПб. : Питер, 2002. – 688 с. : ил.

4. Воеводин, В. В. Параллельные вычисления / В.В. Воеводин, Вл. В. Воеводин. – СПб. : БХВ-Петербург, 2002. – 608 с. : ил.

5. Галкин, В. А. Телекоммуникации и сети / В. А. Галкин, Ю. А. Григорьев. – М. : Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. – 608 с. : ил.

6. Гинзбург, А. Периферийные устройства / А. Гинзбург, М. Милчев, Ю. Солоницын. – СПб. : Питер, 2001. – 448 с. : ил.

7. Гребенюк, Е. И. Технические средства информатизации / Е. И. Гребенюк, Н. А. Гребенюк. – М. : Академия, 2005. – 272 с. : ил.

8. Гук, М. Аппаратные средства IBM PC / М. Гук.– СПб. : Питер, 2003. – 928 с. : ил.

9. Гук, М. Аппаратные средства локальных сетей / М.Гук. – СПб. : Питер, 2004. – 573 с. : ил.

10. Иванов, В. Компьютерные коммуникации / В. Иванов. – СПб. : Питер, 2002. – 224 с. : ил.

11. Иртегов, Д.В. Введение в сетевые технологии / Д. В. Иртегов. – СПб. : БХВ-Петербург, 2004. – 560 с. : ил.

12. Келим, Ю. М. Вычислительная техника / Ю.М. Келим. – М. : Изд. центр «Академия», 2005. – 384 с. : ил.

13. Колесниченко, О. В. Аппаратные средства PC / О.В. Колесниченко, И. В. Шишигин. – СПб . : Питер, БХВ–Петербург, 2001. – 1024 с. : ил.

14. Компьютерные сети и сетевые технологии / М. Спортак, Ф. Паппас и др. – К.: ООО «ТИД «ДС», 2002. – 736 с.: ил.

15. Корнеев, В.В. Вычислительные системы / В.В. Корнеев. – М. : Гелиос АРВ, 2004. – 512 с. : ил.

16. Кульгин, М.В. Технологии корпоративных сетей : энциклопедия / М.В. Кульгин. – СПб. : Питер, 2000. – 704 с. : ил.

17. Кульгин, М. В. Компьютерные сети. Практика построения / М. В. Кульгин. – СПб. : Питер, 2003. – 462 с. : ил.

18. Максимов, Н. В. Компьютерные сети / Н. В. Максимов, И. И. Попов. – М. : ФОРУМ – ИНФРА-М, 2003. – 336 с. : ил.

19. Мур, М. и др. Телекоммуникации / М. Мур, Т.Притски, К.Риггс, П.Сауфвик. – СПб. : БХВ, 2003. – 624 с. : ил.

20. Мураховский, В.И. Железо ПК : практическое руководство / В. И. Мураховский, Г. А. Евсеев. – М. : ДЕСС-КОМ, 2001. – 656 с. : ил.

21. Мураховский, В.И. Устройство компьютера / В.И. Мураховский ; под ред. С.В. Симоновича. – М. : «АСТ-ПРЕСС КНИГА», 2003. –640 с. : ил.

22. Новиков, Ю. Персональные компьютеры: аппаратура, системы, Интернет / Ю. Новиков, А. Черепанов. – СПб. : Питер, 2001. – 464 с. : ил.

23. Компьютеры, сети, Интернет / Ю. Новиков, Д. Новиков, А. Черепанов, В. Чуркин. - СПб. : Питер, 2002. – 928 с. : ил.

24. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб. : Питер, 2003. – 864 с. : ил.

25. Олифер, В. Г. Новые технологии IP-сетей / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб. : БХВ–Петербург, 2001. 512 с. : ил.

26. Олифер, В. Г. Основы сетей передачи данных / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – М. : ИНТУИТ.РУ,2003. – 248 с. : ил.

27. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / А. П. Пятибратов, Л. П. Гудыно, А. А. Кириченко. – М. : Финансы и статистика, 2001.– 512 с. : ил.

28. Рудометов, Е. Устройство мультимедийного компьютера / Е. Рудометов, В. Рудометов. – СПб. : Питер, 2001. – 512 с. : ил.

29. Столингс, В. Компьютерные системы передачи данных / В. Столингс. – М. : Вильямс, 2002. – 928 с. : ил.

30. Столлингс В. Современные компьютерные сети / В. Столлингс. – СПб. : Питер, 2003. – 783 с. : ил.

31. Столингс, В. Структурная организация и архитектура компьютерных систем / В. Столингс. – М. : Вильямс, 2002. – 896 с. : ил.

32. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – СПб. : Питер, 2003. – 704 с. : ил.

33. Таненбаум, Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум. – СПб. : Питер, 2003. – 992 с. : ил.

34. Телекоммуникационные системы и сети / Г.П. Катунин, Г.В. Мамчев и др. – М. : Телеком, 2004. – 672 с. : ил.

35. Угрюмов, Е. П. Цифровая схемотехника / Е. П. Угрюмов. – СПб. : БХВ–Петербург, 2004. – 800 с. : ил.

36. Хамахер, К. Организация ЭВМ / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. – СПб. : Питер, 2003. – 848 с. : ил.

37. Цилькер, Б.Я. Организация ЭВМ и систем / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. – СПб. : Питер, 2004. – 668 с. : ил.

38. Шиндлер, Д. Л. Основы компьютерных сетей / Д. Л. Шиндлер : пер. с англ. – М. : Вильямс, 2002. 656 с. : ил.