Топологии связей и принципы построения многопроцессорных систем

  • 06 окт. 2011 г.
  • 3381 Слова
Введение
В процессе развития суперкомпьютерных технологий идею повышения производительности вычислительной системы за счет увеличения числа процессоров использовали неоднократно. Экспериментальные разработки многопроцессорных вычислительных систем начались еще в семидесятых годах прошлого столетия.
В настоящее время сфера применения многопроцессорных вычислительных систем (МВС) непрерывнорасширяется, охватывая все новые области в самых различных отраслях науки, бизнеса и производства. Стремительное развитие кластерных систем создает условия для использования многопроцессорной вычислительной техники в реальном секторе экономики. И если традиционно МВС применялись в основном в научной сфере, то в настоящее время такие системы используются практически повсеместно для решения критически важныхзадач, связанных с обработкой транзакций, управлением базами данных и базами знаний, обслуживанием телекоммуникаций [1].
Также, наряду с расширением области применения по мере совершенствования МВС происходит усложнение и увеличение количества задач в областях, традиционно использующих высокопроизводительную технику. Это так называемые задачи большого вызова (англ. Grand challenges), примерамикоторых могут служить предсказания погоды и климата, построение полупроводниковых приборов, задачи генетики и квантовой хромодинамики и многое другое.
Наиболее распространенными типами конфигураций МВС являются:
системы высокой надежности,
системы для высокопроизводительных вычислений,
многопоточные системы.
Системы высокой надежности используются для построения катастрофоустойчивыхрешений. Надежность достигается за счет разнесения узлов системы на сотни километров и обеспечения механизмов глобальной синхронизации данных между ними.
Высокопроизводительные системы используются для для параллельных расчетов. Такие системы обычно из многих компьютеров. Разработка высокопроизводительных систем — сложный процесс, требующий согласования множества вопросов, таких как: инсталляция,эксплуатация и одновременное управление большим числом компьютеров, межпроцессорная связь между узлами, координация работы в параллельном режиме.
Многопоточные системы используются для обеспечения единого интерфейса к ряду ресурсов, которые могут со временем произвольно наращиваться или сокращаться. Типичный пример — группа web-серверов.
Однако, следует отметить, что границы между этимитипами МВС до некоторой степени размыты и достаточно часто система может иметь такие свойства или функции, которые выходят за рамки перечисленных типов. Более того, при конфигурировании большой системы, используемой в качестве системы общего назначения, приходится выделять блоки, выполняющие все перечисленные функции.

Пути достижения параллелизма
В общем плане под параллельными вычислениями понимаютсяпроцессы обработки данных, в которых одновременно могут выполняться нескольких машинных операций.
Выделяют следующие уровни параллельных систем:
Аппаратный уровень, включающий в себя компьютеры и их организацию;
Уровень ОС, объединяющий ОС компьютеров;
Промежуточный уровень, включающий в себя службы, обеспечивающие работу распределенных предложений;
Уровень параллельных приложений.Достижение параллелизма возможно только при выполнимости следующих требований к архитектурным принципам построения вычислительной системы.
Независимость функционирования отдельных устройств ЭВМ — данное требование относится в равной степени ко всем основным компонентам вычислительной системы — к устройствам ввода-вывода, к обрабатывающим процессорам и к устройствам памяти.
Избыточностьэлементов вычислительной системы — организация избыточности может осуществляться в следующих основных формах:
использование специализированных устройств таких, например, как отдельных процессоров для целочисленной и вещественной арифметики, устройств многоуровневой памяти (регистры, кэш);
дублирование устройств ЭВМ путем использования, например, нескольких однотипных...
tracking img