Вычислительные системы

Вычислительные машины за свою историю развития прошли стремительный путь, отмеченный сменами поколений. Закономерностью этого прошесса было стремление расширить сферы применения ВТ, повысить производительность, надежность ЭВМ, её логические и интеллектуальные возможности и безусловно упростить взаимодействие пользователя с ЭВМ при подготовке и решении различных задач. Сложность входящего в состав вычислительной машины оборудования и программных средств по существу превратили ЭВМ в ВС. Термин ВС (вычислительные системы) впервые появился в начале 60х годов, применительно к ЭВМ 3-го поколения (IBM236, ЕС ЭВМ, где в качестве элементной базы использовались интегральные схемы, множественный доступ, многопрограммная обработка).

Использование нескольких вычислителей делает ВС более предпочтительной в экономическом отношении по сравнению с отдельной ЭВМ. Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени, характеризующегося относительной стабильностью элементной базы связь стоимости и производительности ЭВМ выражается квадратичной зависимостью (закон Гроша). Построение же вычислительных систем позволяет существенно сократить затраты, т. к. для них справедлива линейная формула. В этих двух формулах, где Сэвм, СВС, соответственно стоимость ЭВМ и ВС. КВМ, КВС — коэффициенты пропорциональности для ВМ и ВС. ПЭВМ — производительность ЭВМ, П_iТ — производительность i ЭВМ.

Из графиков зависимости стоимости вычислений от производительности следует, что существует критический порог сложности решаемых задач П_кр, после которого применение автономных ЭВМ становится экономически невыгодным, неэффективным. Специалисты считают, что использование параллельно работающих вычислителей является одним из основных признаков развития вычислительной техники новых поколений. Для организации различных режимов работы ВС закладываются следующие принципы построения ВС:

1. Модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать ВС.

2. Принцип параллелизма компенсируемых элементов системы.

3. Иерархия и децентрализация управления процессами.

4. Унификация и стандартизация технических и программных решений.

При построении ВС необходимо обеспечить совместимость элементов и модулей компенсируемых (объединяемых) в системе. Понятие совместимости имеет 2 аспекта:

1. Технический аспект

2. Программный

3. Информационный

Техническая совместимость обеспечивается использование унифицированных средств соединения (разъёмов, кабелей, шин, соеденительных проводов и т.д), а так же соответствием параметров электрических сигналов (амплитуды, длительности и т.д).

Программная совместимость требует что бы команды, передаваемые из одного устройства в другое были правильно поняты и выполнены последним. В пределах одного семейства ЭВМ совместимость моделей обеспечивается снизу вверх, но не наоборот (ранее созданные программы могут выполнятся на более современных, но не наоборот.

Информационная совместимость комплексируемых в систему средств предполагает, что передаваемые информационные массивы будут одинаково интерпретироваться сопрягаемыми модулями ВС, для этого должны быть стандартизированы форматы данных, структуры и размеры файлов, алфавиты, разрядности.

Для оценки характеристик ВС используется понятие «Архитектура ВС». Архитектура ВС — это совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально логическую и структурную организацию системы. Структура ВС это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов могут выступать отдельные ЭВМ или процессоры, в зависимости от этого признака. Все вычислительные системы делятся на многомашинные ММВС и многопроцессорные МПВС вычислительные системы.