Реферат по курсу «Микропроцессорные системы» на тему «Распределенные вычислительные системы»
| Вид материала | Реферат |
- Первое информационное сообщение 8 российская конференция с международным участием, 125.72kb.
- Микропроцессорные системы, 177.83kb.
- Микропроцессорные системы, 75.23kb.
- Примерная программа учебной дисциплины микропроцессоры и микропроцессорные системы, 382.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины микропроцессоры и микропроцессорные системы для, 378.72kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины вычислительные системы, сети и телекоммуникации, 338.43kb.
- Реферат по дисциплине: «Микропроцессорные системы» На тему: «Разработка микропроцессорной, 114.65kb.
- Программа дисциплины Вычислительные системы и телекоммуникации для направления 080700., 173.01kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине вычислительные системы, сети и телекоммуникации, 287.7kb.
- Программа государственного экзамена по специальности 220100 «Вычислительные машины,, 83.9kb.
Московский Государственный Технический Университет
имени Н. Э. Баумана
Аэрокосмический Факультет
Реферат по курсу
«Микропроцессорные системы»
на тему
«Распределенные вычислительные системы»
выполнили:
студентки группы АК5-71
Долголенко Е.В.
Нехорошева И.В.
принял:
асс. Степнев В.А.
2006г.
Содержание:
Понятие о вычислительных системах……………………………………………………...3
Классификация архитектур ВС……………………………………………………………..3
Вычислительные системы с программируемой структурой……………………………...7
Понятие о вычислительных системах с программируемой структурой…………………7
Определение ВС……………………………………………………………………………..8
Сосредоточенные и распределенные ВС…………………………………………………..9
Архитектурные особенности вычислительных систем с программируемой структурой
Структура ВС………………………………………………………………………………..12
Требования, предъявляемые к структуре ВС……………………………………………..12
Режимы функционирования ВС и способы обработки информации……………………13
Архитектурные аспекты при создании операционных систем ВС………………………16
Анализ вычислительных систем с программируемой структурой……………………….19
Список использованной литературы……………………………………………………….20
Понятие о вычислительных системах
В энциклопедическое понятие системы (от греч. systema – целое, составленное из частей; соединение) вкладывается множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. При определении понятия системы необходимо учитывать теснейшую взаимосвязь его с понятиями целостности, структуры, связи, элемента, подсистемы и др. Понятие системы имеет чрезвычайно широкую область применения: практически каждый объект может рассматриваться как система, исключением не являются и средства вычислительной техники, в частности, ЭВМ и микропроцессорные БИС. Конкретизируем понятие вычислительной системы, считая его частным по отношению к приведенным.
Предварительно заметим, что коллектив вычислителей обладает свойствами системы и является средством, которое наиболее удобно и перспективно для решения сложных (системных) задач. В дальнейшем под вычислительной системой будем понимать средство обработки информации, базирующееся на модели коллектива вычислителей. Следовательно, ВС – это композиция аппаратурно-программных средств, предназначенная для параллельной обработки данных.
При достаточно общей трактовке под вычислительной системой понимается совокупность взаимосвязанных и одновременно функционирующих аппаратурно-программных вычислителей, которая способна не только реализовать (параллельный) процесс решения сложной задачи, но и априори и в процессе работы автоматически настраиваться и перестраиваться с целью достижения адекватности между своей структурно-функциональной организацией и структурой и характеристиками решаемой задачи.
Классификация архитектур ВС
Модель коллектива вычислителей есть диалектическое обобщение модели вычислителя, следовательно, вычислительные системы в сравнении с ЭВМ Дж. фон Неймана являются принципиально новыми средствами техники обработки информации, средствами с качественно новыми архитектурными возможностями. В самом деле, в архитектурном плане выделяют четыре класса архитектур вычислительных средств: SISD, MISD, SIMD, MIMD или, при использовании русской аббревиатуры,
ОКОД, МКОД, ОКМД, МКМД. Только первый класс, а именно SISD (Single Instruction stream / Single Data stream) или ОКОД (Одиночный поток Команд и Одиночный поток Данных) относится к ЭВМ. Под потоком команд понимается любая их последовательность, поступающая для исполнения вычислительным средством (ЭВМ или процессором, в случае SISD-архитектуры). При выполнении команд потока требуются операнды (данные), следовательно, поток команд “порождает” поток данных. Итак, SISD-архитектура предопределяет такое функционирование ЭВМ, при котором один поток команд управляет обработкой одного потока данных.
Архитектуры MISD, SIMD, MIMD относятся к вычислительным системам. В этих архитектурах имеет место “множественность” потоков или (и) команд, или (и) данных. Множественность характеризуется количеством одновременно реализуемых потоков команд или (и) данных. Архитектура MISD (Multiple Instruction stream / Single Data stream) или МКОД (Множественный поток Команд и Одиночный поток Данных) позволяет нескольким потокам команд обрабатывать один поток данных. Архитектура SIMD (Single Instruction stream / Multiple Data stream) или ОКМД (Одиночный поток Команд и Множественный поток Данных) предоставляет возможность одному потоку команд обрабатывать несколько потоков данных. Архитектура MIMD (Multiple Instruction stream / Multiple Data stream) или МКМД (Множественный поток Команд и Множественный поток Данных) допускает обработку несколькими потоками команд нескольких потоков данных.
Приведенная классификация архитектур средств обработки информации была предложена профессором Стенфордского университета США М. Дж. Флинном (M.J. Flynn) в 1966 г. и получила широкое распространение.
В архитектурах классов MISD, SIMD, MIMD (рис.1) допустимо построение нескольких типов вычислительных систем, среди которых наибольший интерес представляют: 1) конвейерные ВС, 2) матричные ВС, 3) мульти-процессорные ВС, 4) распределенные ВС, 5) ВС с программируемой структурой.
Конвейерные ВС – это системы, архитектура которых является предельным вариантом эволюционного развития последовательной ЭВМ и простейшей версией модели коллектива вычислителей. В основе таких систем лежит конвейерный (или цепочечный) способ обработки информации, а их функциональная структура представляется в виде “последовательности” связанных элементарных блоков обработки (ЭБО) информации. Все блоки работают параллельно, но каждый из них реализует лишь свою операцию над данными одного и того же потока. Сказанное позволяет относить конвейерные ВС к MISD-системам (рис. 1). Реальные промышленные высокопроизводительные ВС являются, как правило, мультиконвейерными. В них единое управляющее устройство (управляющая ЭВМ или подсистема, контроллер и т.п.) формирует один поток команд и несколько параллельных потоков данных на подсистемы–конвейеры. Последнее обстоятельство позволяет относить такие мультиконвейерные ВС к системам с архитектурой SIMD.
Матричные ВС основываются на принципе массового параллелизма, в них обеспечивается возможность одновременной реализации большого числа операций на элементарных процессорах (ЭП), “объединенных” в матрицу. Каждый ЭП – композиция из арифметико-логического устройства (АЛУ) и локальной памяти (ЛП); последняя предназначается для хранения части данных (но не части программы или параллельной ветви!). Поток команд на матрицу ЭП формируется устройством управления (следовательно, оно имеет в своём составе память для хранения программ обработки данных). Такие ВС рассчитаны, в частности, на решение задач матричной алгебры. Они имеют SIMD-архитектуру в классическом виде.
Мультипроцессорные ВС – обширная группа систем, в которую, в частности, могут быть включены конвейерные и матричные ВС (а также многомашинные ВС). Однако принято к мультипроцессорным ВС относить системы с MIMD-архитектурой, которые состоят из множества (не связанных друг с другом) процессоров и общей (возможно и секционированной, модульной) памяти; взаимодействие между процессорами и памятью осуществляется через коммутатор (общую шину и т.п.), а между процессорами – через память.
Распределенные ВС – мультипроцессорные ВС с MIMD-архитектурой, в которых нет единого ресурса (общей памяти). Распределенная ВС основывается на принципах модульности и близкодействия. Основные компоненты распределенной ВС (такие, как коммутатор, устройство управления, арифметико-логическое устройство или процессор, память) допускают представление в виде композиции из одинаковых элементов (локальных коммутаторов и устройств управления, локальных процессоров и модулей памяти).
Примером промышленной реализации распределенных ВС являются транспьютерные системы. Транспьютерная ВС – это композиция из одинаковых взаимосвязанных микропроцессорных кристаллов, называемых транспьютерами. В состав транспьютера входят локальные процессор и память, а также локальные средства коммутации и линки (Link – связь), позволяющие организовать взаимодействия с другими транспьютерами.
Вычислительные системы с программируемой структурой полностью основываются на модели коллектива вычислителей и являются композицией взаимосвязанных элементарных машин (ЭМ). Каждая ЭМ в своем составе обязательно имеет локальный коммутатор (ЛК), процессор и память; может иметь также внешние устройства. Локальная память ЭМ предназначается для хранения и части данных , и, главное, ветви параллельной программы. Архитектура ВС с программируемой структурой относится к типу MIMD. Такие ВС по своим потенциальным архитектурным возможностям не уступают ни одному из перечисленных выше классов систем. Они прежде всего ориентированы на распределенную обработку информации; эффективны и при конвейерной, и при матричной обработке. При распределенном способе обработки данных на ВС полностью используются возможности MIMD-архитектуры. При конвейерном и матричном способах обработки данных архитектура MIMD виртуально трансформируется соответственно в архитектуру MISD и SIMD. Системы с программируемой структурой рассчитываются на работу во всех основных режимах: решения сложной задачи, обработки наборов задач, обслуживания потоков задач, реализации функций вычислительной сети.
Концепция вычислительных систем с программируемой структурой была сформулирована в Сибирском отделении АН СССР, первая система (“Минск-222”) была построена в 1965 – 1966 гг.
В 90-х годах 20 столетия получают широкое распространение кластерные вычислительные системы. По-видимому, термин вычислительный “кластер” (Cluster) был впервые введен компанией DEC (Digital Equipment Corporation). По определению DEC, кластер – это группа компьютеров, которые связаны между собой и функционируют как единое средство обработки информации.
Из приведенного определения видно, что корпорация DEC по сути ввела синоним термину “вычислительная система”, а не особый тип средств обработки информации. Для создания кластерных ВС используются и MISD-, и SIMD- и MIMD-архитектуры, различные функциональные структуры и конструктивные решения.
В наиболее общей трактовке, кластерная ВС или кластер – это композиция множества вычислителей, сети связей между ними и программного обеспечения, предназначенная для параллельной обработки информации (реализации параллельных алгоритмов решения сложных задач). При формировании кластерной ВС могут быть использованы как стандартные промышленные компоненты, так и специально созданные средства. Однако в кластерных ВС, как правило, превалируют массовые аппаратурно-программные средства. Последнее, по существу, является принципом конструирования кластерных ВС, обеспечивающим их высокую технико-экономическую эффективность.
Архитектура современных высокопроизводительных ВС, как правило, отличается от своих изначальных канонов. Архитектура одних и тех же систем, в зависимости от уровня рассмотрения их функциональных структур, может выглядеть и как MISD, и как SIMD, и как MIMD.
SISD-архитектура; ЭВМ MISD-архитектура;
Конвейерные ВС
Процессор
Устройствоуправления