Вычислительная система (ВС)

Get Started. It's Free
or sign up with your email address
Rocket clouds
Вычислительная система (ВС) by Mind Map: Вычислительная система (ВС)

1. Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессов или ЭВМ, переферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

2. Цели ВС

2.1. Повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных

2.2. повышение надёжности и достоверности вычислений

2.3. предоставление пользователю дополнительных сервисных услуг и тд.

3. Классификация вычислительных систем

3.1. Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы

3.1.1. По назначению

3.1.1.1. Универсальные

3.1.1.1.1. Предназначен для широкого спектра задач

3.1.1.2. Специализированные

3.1.1.2.1. Ориентированны на решение узкого класса задач

3.1.2. По типу построения

3.1.2.1. Многомашинные

3.1.2.1.1. Состоит из нескольких отдельных компьютеров. Каждый компьютр работает по управлением своей ОС. а посколько обмен информацией между машинами выполняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются. Эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задачи, имеющей специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

3.1.2.2. Многопроцессорные

3.1.2.2.1. Предполагает наличие в компьютере нескольких процессоров, поэтому параллельно может быть организованно много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, одновременно может выполняться несколько фрагментов одной задачи. Недостатком является возможность возникновения конфликтных ситуаций при обращении нескольких процессоров к одной области памяти. Особенностью многопроцессорных ВС является наличие общей оперативной памяти.

3.1.3. По типу ЭВМ или процессоров

3.1.3.1. Однородная ВС

3.1.3.1.1. Строится на базе однотипных компьютеров или процессоров. Однородные системы позволяют использовать стандартные наборы технических, программных средств, стандартные протоколы сопряжения устройств. Поэтому их организация значительно проще, облегчается обслуживание систем и их модернизация.

3.1.3.2. Неоднородная ВС

3.1.3.2.1. включает в свой состав различные типы процессоров. при построении системы приходиться учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание и обслуживание неоднородных систем

3.1.4. По методам управления элементами ВС

3.1.4.1. Централизованные

3.1.4.1.1. За управление отвечает главная или диспетчерская ЭВМ. Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия.

3.1.4.2. Децентрализованные

3.1.4.2.1. функции управления распределены между их элементами. Каждая ЭВМ системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов

3.1.4.3. Смешанное управление

3.1.4.3.1. совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса, исходя из сложившейся ситуации

3.1.5. По степени территориальной разобщености вычислительных модулей ВС

3.1.5.1. Территориально сосредоточенные

3.1.5.1.1. это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга

3.1.5.2. Распределенные

3.1.5.2.1. это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например вычислительные сети

3.1.5.3. Структурно-одноуровневые

3.1.5.3.1. это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных

3.1.5.4. Многоуровневые

3.1.5.4.1. это когда в иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины могут специализироваться на выполнение определенных функций

4. Параллельная обработка

4.1. Отличительной особенностью ВС по отношению к классическим ЭВМ является наличие в ней нескольких вычислений, реализующих параллельную обработку.

4.1.1. Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы он может существенно повысить и надёжность, а также достоверность функционировании системы, если операции будут дублироваться, а результаты сравниваться.

5. Классификация Флинна

5.1. Среди всех рассматриваемых систем классификации ВС наибольшее распространение получила классификация, предложенная в 1966 Флинном. В ее основу положено понятие ...

5.1.1. Поток

5.1.1.1. Под которым понимается последовательность элементов команд или данных, обрабатываемая процессором. В зависимости от количества потоков команд или данных, обрабатываемая процессором. В зависимости от количества потоков команд и потоков Флин выделяет 4 класса архитектур

5.1.1.1.1. Окод

5.1.1.1.2. МКОД

5.1.1.1.3. ОКМД

5.1.1.1.4. МКМД

5.2. Схема классификации Флина является наиболее распространенной при первоначальной оценку ВС, поскольку сразу позволяет оценить базовый принцип работы системы. Однако у классификации Флина имеются и очевидные недостатки: например, неспособность однозначно отнести некоторые архитектуры к тому или иному классу. Второй недостаток - чрезмерная насыщенность класса MIMD

6. MIMD

6.1. Существующие ВС класа MIMD образуют три подкласса

6.1.1. Симметричные мультипроцессоры

6.1.1.1. состоит из совокупности процессоров, обладающих одинаковыми возможностями доступа к памяти и внешним устройствам и функционирующих под управлением одной ОС

6.1.2. Кластерная система

6.1.2.1. образуется из модулей, объединенных системой связи или разделяемыми устройствами внешней памяти, например, дисковыми массивами

6.1.3. Массаво параллельные системы

7. Модели архитектур систем памяти

7.1. В рамках как совместно используемой, так и распределенной памяти реализуется несколько моделей архитектур систем памяти

7.1.1. Общая память

7.1.1.1. В таких системах все процессоры имеют равные возможности по доступу к единому адресному пространству. Единая память может быть построена как одноболочная или по модульному принципу, но обычно практикуется второй вариант.

7.1.2. Система с однородным доступом к памяти

7.1.2.1. Вычислительные системы с общей памятью, где доступ любого процессора к памяти производится единообразно и занимает одинаковое время, называют системами с однородным доступом к памяти и обозначают аббревиатурой UMA. Это наиболее распространенная архитектура памяти параллельных ВС с общей памятью

7.1.3. Неоднородный доступ к памяти

7.1.3.1. Здесь по прежнему фигурирует единое адресное пространство, но каждый процессор имеет локальную память. Доступ процессора к собственной локальной памяти осуществляется напрямую, что намного быстрее, чем доступ к удаленной памяти через коммутатор или сеть. Такая система может быть дополнена глобальной памятью, тогда локальные запоминающие устройства играют роль быстрой кэш-памяти для глобальной памяти.

7.1.4. кэш-когерентного доступа к неоднородной памяти

7.1.4.1. системе CC-NUMA используется не кэш-память, а обычная физически распределенная память. Не происходит никакого копирования страниц или данных между ячейками памяти. Нет никакой программно реализованной передачи сообщений. Существует просто одна карта памяти, с частями, физически связанными медным кабелем, и «умные» аппаратные средства. Аппаратно реализованная кэш-когерентность означает, что не требуется какого-либо программного обеспечения для сохранения множества копий обновленных данных или их передачи. Со всем этим справляется аппаратный уровень. Доступ к локальным Модулям памяти в разных узлах системы может производиться одновременно и происходит быстрее, чем к удаленным модулям памяти.

7.1.5. кэш-некогерентным

7.1.5.1. Отличие модели с кэш-некогерентным доступом к неоднородной памяти (NCC-NUMA, Non-Cache Coherent Non-Uniform Memory Architecture) от CC-NUMA очевидно из названия. Архитектура памяти предполагает единое адресное пространство, но не обеспечивает согласованности глобальных данных на аппаратном уровне. Управление использованием таких данных полностью возлагается на программное обеспечение (приложения или компиляторы)