1.2 Принципи побудови та функціонування обчислювальних систем
Вхідний контроль:
Які задачі покликані вирішувати обчислювальні системи?
У чому різниця між поняттями “кількість інформації” та “обсяг даних”?
Які задачі вирішують інформаційні системи?
1.2.1 Архітектура обчислювальних систем
За архітектурою обчислювальні системи поділяються на однорідні та неоднорідні.
Однорідні обчислювальні системи побудовані на базі однотипних комп’ютерів або процесорів. Вони використовують стандартні набори технічних, програмних засобів, стандартні протоколи сполучення пристроїв.
Неоднорідні обчислювальні системи мають у своєму складі різні типи комп’ютерів або процесорів, і при побудові такої системи треба враховувати їх різні технічні та функціональні характеристики, що ускладнює їх створення та обслуговування. Прикладом неоднорідної інформаційно-обчислювальної системи є мережа Internet.
Обчислювальні системи працюють у двох режимах — оперативному та неоперативному.
Оперативні системи працюють у реальному масштабі часу, в них реалізується оперативний режим обміну інформацією — відповіді на запитання поступають негайно.
У неоперативних системах можливий режим затриманої відповіді, коли результати запиту можна отримати з затримкою.
Розрізняють обчислювальні системи з централізованим та децентралізованим керуванням. У першому випадку керування виконує відокремлений комп’ютер або процесор, у другому — кожний компонент може брати керування на себе і вони є рівноправні.
Обчислювальні системи можуть бути розподіленими територіально, зосередженими, структурно однорівневими, тобто мати один загальний рівень обробки даних, та багаторівневими, ієрархічними структурами; у ієрархічних структурах комп’ютери або процесори розподілені по різним рівням оброблення інформації і кожний з них може ініціалізуватись по виконанню певних функцій.
За способом організації оброблення даних багатопроцесорні системи можуть бути магістральними (конвеєрними), векторними або матричними.
У конвеєрних багатопроцесорних системах кожен процесор одночасно виконує різні операції над послідовним потоком оброблюваних даних. За прийнятою класифікацією такі системи є системами з множинним потоком команд та поодиноким потоком даних (МКПД) — Multiple Instruction Single Data, MISD. Структура MISD показана на рис. 1.1.
Рисунок 1.1 — Конвеєрна багатопроцесорна система
(множинний потік команд та поодинокий потік даних)
У векторних багатопроцесорних системах усі процесори одночасно виконують одну команду над різними даними — поодинокий потік команд з множинним потоком даних (ПКМД) — Single Instruction Multiple Data, SIMD. Структура SIMD показана на рис. 1.2. Принцип SIMD використовується також для підвищення продуктивності мікропроцесорів — суперскалярні (векторні) МП Pentium III, Pentium 4, Power PC тощо.
Рисунок 1.2 — Векторна багатопроцесорна система
(поодинокий потік команд та множинний потік даних)
У матричних багатопроцесорних системах кожний мікропроцесор одночасно виконує різні операції над послідовними потоками оброблюваних даних — множинний потік команд з множинним потоком даних (МКМД) — Multiple Instruction Multiple Data, MIMD. Структура MIMD показана на рис.1.3.
Структура однопроцесорної системи (ПКПД) — Single Instruction Single Data, SISD показана на рис. 1.4
Рисунок 1.3 — Матрична багатопроцесорна система
(множинні потоки команд та даних)
Рисунок 1.4 — Однопроцесорна система
(поодинокі потоки команд та даних)