1.10. Вычислительные системы с программируемой структурой

Являются комбинацией взаимосвязанных элементарных ЭВМ. Каждая ЭВМ содержит в своем составе полноценные устройства: компьютер, внешнее устройство, в т. ч. для выхода в системы связи.

В зависимости от состояния работоспособности включаются и выключаются.

Задачи решаются по определенному алгоритму распределения на узлах.

Тип архитектуры – MIMD.

Кластерные вычислительные системы – разновидность мультипроцессорных (первый кластер выполнила фирма DEK) – несколько компьютеров, функционирующих как единое целое, реализующих разные архитектуры: MISD, MIMD, SIMD, SISD. Особенность: пространственно распределенные. Взаимодействие внутри через локальную или глобальную сеть, для чего используются высокоскоростные свитчи (в т. ч. на оптоволокне). Замечание: в кластере DL385 тоже есть высокоскоростной свитч.

Суперкомпьютеры – вычислительные средства, имеющие сверхэффективные показатели быстродействия, количество процессоров, памяти и т.д.

1.11. Примеры реализаций вычислительных систем.

Развитием конвейерных систем явилось создание систем PVP (parallel vector processing system).

Идея состоит в том, что обработка эмулируется действиями над векторами. Элементы векторов подаются в конвейер в дискретные моменты времени в соответствии с их типом. Таким образом, процесс вычисления для пары векторов разделяется на этапов. Все блоки конвейера работают параллельно, каждый реализует определенный этап. Примером PVP систем является система фирмы CRAY с названием X-MP, Y-MP и т.д.

Следующий этап развития – MPP (massively parallel processing system) системы – композиция множества вычислительных узлов коммуникационной сети, межузловых связей, каналов ввода-вывода и средств синхронизации. Пример: CRAY 3D, CRAY 3E. ОС называется UNICOS/M.

Элементарный процессор (ЭП) – микропроцессор DEC Alpha (RISC-процессор), локальная память на основе DRAM, локальный маршрутизатор внутри, контроллер передачи данных, коммуникационная сеть построена на основе пространственной решетки.

Матричные. Пример. Вычислительные системы ILLIAC IV, состав: 4 квадранта, каждый является вычислителем. Подсистема ввода-вывода – дисковый RAID-массив, архивная память. Квадрант процессора состоит из 64 мелких процессоров. Устройство управления – ЭВМ, которое формирует поток команд и данных на квадранты. Структура – трехмерная решетка. Управляющая система B6700. Мультипроцессор на ЭВМ имеет в составе четыре процессора. Архивная память на основе лазерного типа. ОС – набор программ, выполняющихся под управлением главной программы, которая находится на управляющей В6700. Матричные системы представлены также семейством Thinking machine (США). СМ-1, СМ-2, СМ-5 выпуска 1997 г. Семейство nCube – 1, 2, 3 (1995 г.), относятся к MPP (такими системами управляются летательные аппараты). Максимальное число элементарных процессоров 65536. Быстродействие: терафлопы ( ). В nCube ОС PSE (параллельная программная среда, один из клонов UNIX). Управляющая система В6700 работает под ОС UNIX.

Мультипроцессорные вычислительные системы. Сама управляющая система В6700, фирма Burroughs. Семейство «Эльбрус». Производительность операций в секунду. Разрядность 128 бит, количество процессоров 10, модулей оперативной памяти 32, подсистем ввода-вывода 4.

Сверхвысокопроизводительные системы – первая считается выпущенной IBM под названием Blue Gene («голубой ген») – в 2004 г. считалась самой мощной в мире. Состоит из 32768 процессорных ядер. Пиковая производительность операций в секунду (www.top500.org). В 2006 г. была модернизация и система стала включать 131072 процессорных ядер. Производительность . В 2008 г. количество процессоров 212992, а реальная оперативная память 53,248 ТБ (террабайт). Недостаток: занимаемая площадь 377 кв. м. Особенности: архитектурная концепция SMASH; множественная самовосстанавливаемость и тестируемость; класс архитектуры MPP MIMD. Производится объединение ресурсов автоматическое и разъединение, программируемая структура. Повышенная надежность, используется подход RAS (reliability availability serviceability).

Реализация вычислительных систем с программируемой структурой. Примеры: МВС. Распределенная среда, количество ЭВМ колеблется до 16, разработка 90-х годов. Структура МИНСК 222, cтруктуру можно менять программно.

Транспьютерные. Идея: создание параллельных вычислительных систем, как коллектива микропроцессоров. Транспьютер – элементарный микропроцессор. Все транспьютеры имеют идентичную функциональную структуру. Реализация семейства транспьютеров: система IMS T9000. Быстродействие операций в секунду. Обмен между транспьютерами 100 Мбит в секунду. Микротранспьютеризация: количество транзисторов 3,2 млн в корпусе, число выводов из корпуса 208, используется CMOS-технология. В состав входит процессорный конвейер, кэш память команды данных, программный интерфейс, четыре линка для связи с другими транспьютерами, схема обработки внешних запросов, процессор виртуальных каналов и т.д. (структура на слайде).