1. Однородные вс:

• комплексирование однотипных ВМ (процессоров),

• использование стандартных интерфейсов

• удобство обслуживания, модернизации, развития.

1. Неоднородные вс:

• комплексируемые элементы значительно отличаются по техническим и функциональным характеристикам

• параллельное выполнение многофункциональной обработки (коммуникационные ВМ и вычислители)

• использование сопроцессоров (десятичной арифметики, матричные и т.п.)

Тема 1. 4 Вычислительные системы Архитектура вычислительных систем

Архитектура ВС

Архитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы.

1. Одиночный поток команд — одиночный поток данных (ОКОД);

2. Одиночный поток команд — множественный поток данных (ОКМД);

3. Множественный поток команд — одиночный поток данных (МКОД);

4. Множественный поток команд — множественный поток данных (МКМД).

1. Архитектура окод:

• охватывает однопроцессорные и одномашинные ВС ( с одним вычислителем)

• параллелизм вычислений обеспечивается:

  • совмещением выполнения операций отдельными блоками АЛУ

параллельной работы УВВ и процессора

2. Архитектура окмд:

• однородная структура векторной или матричной обработки;

• элементы системы идентичны и управляются единой последовательностью команд;

• желательно наличие соединений между процессорами, соответствующих реализуемым математическим зависимостям;

• связи подобны матрице, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними;

• характерна для специализированных систем.

Архитектура МКОД

• предполагает процессорный конвейер;

• реализована схема совмещения операций;

• каждый процессор делает свою часть в общем цикле обработки команды;

• применяется в скалярных процессорах суперЭВМ для поддержки векторной обработки.

Архитектура МКМД:

• все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд.

• процессоры могут быть автономны и независимы.

• схема применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра.

• интерес представляет возможность согласованной работы ВМ (процессоров), когда каждый элемент делает часть общей задачи.

Комплексирование в вычислительных системах

Для построения ВС необходимо, чтобы элементы, комплексируемые в систему, были совместимы.

Виды совместимости:

• аппаратная (техническая),

• программная,

• информационная.

Совместимость

1. Техническая (HardWare) совместимость:

• аппаратура должна иметь стандартные средства соединения: кабели, число проводов в них, единое назначение проводов, разъемы, заглушки, адаптеры, платы и т.д.;

• параметры электрических сигналов должны соответствовать друг другу: амплитуды импульсов, полярность, длительность и т.д.;

• алгоритмы взаимодействия не должны вступать в противоречие друг с другом.

2. Программная совместимость (Software):

• программы, передаваемые из одного технического средства в другое, должны быть правильно поняты и выполнены:

  • если устройства идентичны – полная совместимость

  • если устройства относятся к одному и тому же семейству – совместимость «снизу вверх»

  • если устройства имеют разную систему команд – обмен исходными модулями программ с последующей их трансляцией.

3. Информационная совместимость:

• передаваемые информационные массивы должны одинаково интерпретироваться устройствами

• требуется стандартизация алфавитов, разрядности, форматов, структуры и разметки файлов, томов и т.д.

Уровни комплексирования

Уровни комплексирования:

1. прямого управления (процессор — процессор);

2. общей оперативной памяти;

3. комплексируемых каналов ввода-вывода;

4. устройств управления внешними устройствами (УВУ);

5. общих внешних устройств.

Уровень прямого управления - для передачи коротких однобайтовых приказов-сообщений. Последовательность взаимодействия процессоров:

1. Процессор-передатчик по интерфейсу прямого управления передает в блок прямого управления байт-сообщение и подает команду «Прямая запись».

2. У процессора-приемника:

• команда вызывает внешнее прерывание,

• вырабатывается команда «Прямое чтение»,

• передаваемый байт записывается память,

• принятая информация расшифровывается и по ней принимается решение.

После завершения передачи прерывания снимаются, оба процессора продолжают вычисления по собственным программам.

Уровень общей оперативной памяти - наиболее предпочтительный для оперативного взаимодействия процессоров.

• эффективно работает при небольшом числе обслуживаемых абонентов.

• используется в многопроцессорных серверах вычислительных сетей

Уровень комплексируемых каналов ввода-вывода - для передачи больших объектов информации между блоками оперативной памяти сопрягаемых ВМ.

• Обмен данными между ВМ через адаптер «канал-канал» (АКК) и команды «Чтение» и «Запись».

• Адаптер — это устройство, согласующее скорости работы сопрягаемых каналов.

• Данному уровню взаимодействия соответствует подключение периферийной аппаратуры через контроллеры и адаптеры.

Уровень устройств управления внешними устройствами - позволяет подключать ВУ одной ВМ к селекторным каналам различных ВМ

• Предполагает использование двухканального переключателя и команд «Зарезервировать» и «Освободить».

• Обмен канала с ВУ продолжается до полного завершения работ и получения команды «Освободить».

• Простой способ избежать конфликтов доступа

• Уровень целесообразно использовать в вычислительных сетях при построении больших банков данных

Уровень общих внешних устройств - для подключения отдельных устройств используется автономный двухканальный переключатель.

Сочетание уровней и методов взаимодействия позволяет создавать различные многомашинные и многопроцессорные системы