1.1.1. Вопросы к разделу 1.1.

1. Чем отличается пиковая нагрузка ЭВМ от пиковой нагрузки ВС ?

2. В чём особенность унифицированного быстродействия ?

3. Какие особенности перехода от оценок быстродействия для ЭВМ к оценкам быстродействия для ВС ?

4. Почему для оценок быстродействия используется система тестов ?

5. Чем отличается оценка быстродействия для однородных систем от оценки быстродействия для неоднородных систем ?

6. Какие типы тестов существуют ?

7. Какие принципы положены в формирование единиц измерения параметров ВС ?

2.Понятие о современных вычислительных системах

Повышение быстродействия вычислений в случае необходимости в эпоху отсутствия компьютеров осуществлялся за счёт увеличения коллектива вычислителей (людей, занятых вычислениями). В этом коллективе существовала определённая технология проведения вычислений, которая, в конечном счёте, позволяла производить необходимые вычисления. Как показала практика, организация вычислений в современных ВС во многом копирует опыт, накопленный коллективами вычислителей. В связи с этим, целесообразно при формулировании исходных определений для ВС использовать понятия, выработанные при выполнении соответствующих работ человеческими коллективами вычислителей. Иными словами, можно сказать, что сущность ВС составляет коллектив аппаратно-программных вычислителей, акцентируя внимание на методах взаимодействия между вычислителями в этих коллективах. В дальнейшем, при изложении материала вычислитель назван вычислительным модулем (ВМ), который подразумевает использование процессора или ЭВМ. В литературе вместо использования термина «вычислительный модуль» можно встретить термины - «элементарный процессор», «элементарная машина» и др. Кроме того, архитектура процессоров всё время совершенствуется – появляются транспьютерные, мультискалярные, мультитредовые, и т. д. процессоры. В тех случаях, когда это необходимо, будут делаться необходимые разъяснения и ссылки. В настоящее время разница между понятиями процессор или ЭВМ достаточно условна. В дальнейшем, под ЭВМ будем понимать процессор, оснащённый собственной операционной системой и периферийными устройствами. Связи между процессорами или ЭВМ осуществляются с помощью сетей связи, которые, в общем случае, представляют собой сосредоточенные или распределённые коммутаторы с шинами связи. Наиболее удачной была шина PCI, разработанная в 1991 году фирмой Intel. При рассмотрении проблемы оптимизации структуры ВС надо иметь в виду , что при выборе графа в качестве математической модели ВС одно ребро на графе, который описывает структуру ВС, физически может соответствовать коммутируемой шине, содержащей большое количество дополнительного дорогостоящего оборудования. Поэтому всякое упрощение структуры вычислительной сети, при прочих равных условиях, уменьшает её стоимость. Это обстоятельство порождает на мировом рынке всё новые конфигурации вычислительных сетей, имеющих определённые достоинства и недостатки в зависимости от предъявляемых к ним требований. Некоторые из них будут рассмотрены ниже.

Определение 1.2.1. Система, представленная множеством описаний W={K,A}, где K – описание конструкций ВС, А – описание алгоритма работы множества вычислительных модулей, называется вычислительной. Описание К составляет множества значений {M,S}, где М – множество базовых вычислительных устройств {mi}, i=0, ... , N-1, где под базовыми вычислительными устройствами понимаются ЭВМ, процессоры, блоки памяти, внешние устройства. S – сеть связей между множествами элементов базиса.

В конструкцию К должны быть заложены следующие принципы:

а) параллелизм при обработке информации, т.е. организация вычислений одновременно на множестве вычислительных модулей М с организацией в случае необходимости обмена данными через сеть S;

б) адаптация конфигурации сети S к решаемой задаче. Алгоритм А обеспечивает наряду с требуемой обработкой управление одновременной работой определённым множеством ВМ и необходимым обменом данными между ними.

Изучаемый здесь курс вычислительных систем основывается, в основном, на теории графов, поэтому напомним несколько определений из этой теории, которые в дальнейшем будут часто использоваться [12].

Определение 1.2.2. Графы изоморфны, если отличаются только нумерацией вершин.

Определение 1.2.3. Графы гомоморфные, если второй получен из первого заменой нескольких вершин графа одной с сохранением оставшихся связей.

Определение 1.2.4. Графы гомеоморфные, если второй получен из первого разбиением его рёбер (p,q) на (p,r) и (r,q), где r – новая вершна.

Определение 1.2.5. Граф регулярен, если степени вершин одинаковы.

Определение 1.2.6. Граф F называется частью графа G, F G, если множество его вершин V(F) содержится в множестве V(G), а множество рёбер R(F) – в множеств рёбер R(G).

Определение 1.2.7. Часть графа F G называется суграфом, если множество его вершин V(F) = V(G).

Определение 1.2.8. Часть графа F G называется подграфом, если множество его вершин V(F) содержится в множестве вершин V(G), а множество рёбер связывает только вершины V(G).

Структура вычислительных систем представляется в виде графа GS=(М,S), каждой вершине которого поставлены в соответствие вычислительные модули m_i , i = 0, … , N-1, а ребра s_j,k S – связи между ними, j,k  {0, … ,N-1}. Набор связей j,k зависит от конфигурации сети S.

Для возможности оценки времени, затрачиваемого на обмен информацией между вычислительными модулями, а также других характеристик, вводятся понятия: регулярная вычислительная система, диаметр и средний диаметр вычислительной системы.

Определение 1.2.9. Регулярная вычислительная система представляется неориентированным графом, в котором все вершины графа имеют одинаковую степень вершин графа, где под степенью вершины понимается количество рёбер, примыкающих к вершине графа.