Конвейерные вс

Конвейер (pipeline) можно представить в общем случае, как некоторое устройство, состоящее из элементарных блоков обработки информации ЭБОi. Каждому ЭБО придается еще элементарный блок памяти ЭБПi, где i = 1..n.

Каждый из блоков ЭБО осуществляет преобразование Fi(A, B), где А и В – операнды-вектора. Т.е. конвейерная система предназначена для т.н. векторных вычислений (конвейерные системы еще называют векторными компьютерами).

Суть в следующем: вектор данных – столбцы, строки или диагонали двумерной матрицы вида A = ||A1, A2, …, An||, B = ||B1, B2, …, Bn||, где Ai – i-тый элемент-операнд.

В основе таких систем лежит процесс разбиения вычислений на части. При этом каждая часть выполняет определенную операцию над парой операндов, каждый из которых является частью своего вектора. Конвейер можно представить следующим образом:

В простейшем случае ЭБО может реализовывать простейшие фазы операций. Например, при сложении двух чисел, представленных в форме с плавающей запятой. В общем случае при сложении используются следующие операции: сравнение порядков, выравнивание порядков, сложение мантисс, нормализация и т.д. Т.о. конвейер выполняет промежуточные вычисления над векторами А и В. Элементы векторов подаются в конвейер в дискретные моменты времени, и в соответствующие ячейки с их расположением в векторе. Т.о. вычисление пары векторов А и В разделяется на N параллельных шагов, т.е. если конвейер загрузить для одной операции над А и В, то после выхода с конвейера его можно сразу загружать другой операцией. И т.д. подобно сборке нескольких автомобилей одновременно.

Пример конвейерной системы – ЭВМ фирмы CRAY, например CRAY1.

Параллельные векторные системы

Примером развития конвейерных систем является создание мультиконвейерной системы – композиции нескольких систем работающих параллельно. Такие ВС называются системами класса PVP (Parallel Vector Processor). Примером таких ВС являются системы CRAY XNP, YNP (1980-1989).

Массово-параллельные вс

Это т.н. MPP (Massively Parallel Processor System) – композиция множества вычислительных узлов некоторой сети с межузловыми связями, каналами ввода-вывода и средствами синхронизации. Пример такой ВС – ЭВМ CRAY T3D (1993). Имеет следующую структуру:

ЭП – элементарный процессор DEC 21064 Alpha. Относится к семейству RISC-процессоров (С сокращенным набором команд). ЛП – локальная память DRAM (Dynamic Random Access Memory, динамическая память с произвольной выборкой) . ЛК – локальный коммутатор, включающий в себя маршрутизатор, сетевой интерфейс, контроллер для передачи данных.

Маршрутизатор – основной элемент управления сетью. Позволяет работать одновременно с тремя двунаправленными типами связи. Создается т.н. трехмерная структура (выполняется параллельно три связи между ЭП).

Сетевой интерфейс копирует и распределяет связи между ЭП.

Контроллер ввода-вывода – пересылка блоков информации. Работает без прерывания работы ЭП.

Примечание: локальная память физически распределена, но логически общая.

Коммуникационную сеть можно представить следующим образом:

Программная операционная среда в системе такого типа – UNICOS/MK. Существуют также средства разработки и эмуляции (для программ на Фортране)