Concepte - fluxuri unice și multiple instrucțiuni și date, patru clase de sisteme informatice OKOD, SIMD, MC LD și MKMD introdus MJ Flynn ..
Sub un flux de comenzi se referă la numărul de serie al instrucțiunilor executate de către sistem, și un flux de date - numărul de serie al datelor cauzate de fluxul de comenzi, inclusiv rezultatele intermediare. Multiplicitatea și numărul de fire definite ca numărul maxim posibil de operații simultane (comenzi) sau operanzilor (date) conținute în aceeași etapă de procesare.
O schemă bloc simplificată sisteme de tip OKOD SIMD, MKOD, MKMD prezentat în Fig. 2-5.
In sistemele de tip SIMD un control al dispozitivului de control operarea multitudinii de module de procesor, astfel încât fiecare dintre ele efectuează o anumită
comandă, și apoi următorul și așa mai departe și anume realizat sincron proces de calcul paralel. Modulele Procesorul subseturi pot trece
executarea comenzilor, care este determinată de operațiunile de mascare.
În sistemele de acest tip de viteza reală de procesare a informației este puternic dependentă de capacitățile modulelor de descărcare procesor (de la capabilități paralelizarea).
In sisteme, cum ar fi procesul de tratament MKOD este împărțit în mai multe etape. Fiecare dintre care corespunde unuia dintre modulele procesorului. Aceste module cuprind o multitudine de procesoare de prelucrare a liniei / conducte. Viteza de procesare efectivă depinde de capacitatea de umplere linie. Cea mai mare viteza de procesare este atins atunci când lungi programe de segmente liniare cu operațiuni similare. Cu întreruperi frecvente porțiuni liniare comenzi de ramificare viteza de procesare este redusă.
În sistemele de tip dispozitive de control de mai multe MKMD se efectuează în timp ce efectuează diferite porțiuni de control ale aceluiași program, adică. E.
implementat asincron proces de calcul paralel. Aceste sisteme sunt foarte flexibile. Viteza de procesare efectivă depinde de capacitățile de încărcare procesorului, dar în cazul în care paralelizare de calcule în punerea în aplicare a acestui program este dificil, este posibil, profitând de prezența mai multor controlere rula simultan mai multe programe, sporind astfel utilizarea procesorului. Sistemele de tip MKMD au o fiabilitate ridicată datorită posibilităților de bune dispozitive de backup reciproce și mașini similare.
1.4 Literal și bitwise de prelucrare.
Sistemele moderne de calculatoare au o structură complexă, organizare și funcționare. Descrierea sistemelor pe baza a patru clase OKOD SIMD, MKOD, MKMD este prea aspră. Pentru o descriere mai detaliată a acesteia este recomandabil să se ia în considerare caracteristicile de procesare text și radix urmează.
Diagrama din patru clase de sisteme computerizate OKOD, SIMD, MKOD, MKMD poate fi reprezentat sub forma unui pătrat (Fig. 6). Exterior OKOD nod corespunde clasei.
Mutarea-l la stânga sus legate de fluxul de date de reproducere, rezultând într-o clasă SIMD, iar trecerea de la partea de sus la partea de sus a dreptului asociat cu reproducerea fluxului de instrucțiuni, rezultând într-o clasă de MKOD. Trecerea de la stânga și la dreapta la nodurile inferioare asociate cu fluxul de instrucțiuni de reproducere și fluxul de date, respectiv, rezultând o n aceeași clasă MKMD
Schema de patru clase are o serie de dezavantaje. De exemplu, o varietate de sisteme de matrice structurale și asociative se încadrează în aceeași clasă de SIMD. Sisteme cu structură combinată și reconfigurabile pot ocupa două sau chiar trei
clasa patru.
Pentru a îmbunătăți circuitul său poate fi modificat astfel încât să asigure diferența dintre cuvântul-procesare (C) și tratamentul radix (P). Această schemă este prezentată în Fig. 7. Acesta conține opt clase. Asociativă și sistemul de matrice ocupă în această schemă, diferite clase - OKMDR și respectiv OKMDS. Schema are capacități mai bune de localizare a claselor de sisteme cu combinație și structura reconfigurabile. De exemplu, în cazul în care schema inițială a sistemului a luat două sau trei clase de patru, într-o schemă modificată poate dura două sau trei clase de opt, respectiv, t. E. O descriere folosind clasificarea devine mai sigur, deși, desigur, nu simplă.
Cele opt clase modificate scheme incluse în schema de clasificare de bază și este al patrulea nivel (Fig. 1).
1.5. Structurile de bază.
O diagramă bloc simplificată a reprezentanților tipice ale sistemelor de calcul ale celor de mai sus opt clase sunt prezentate în Fig. 8. scheme bloc non a sistemelor de calcul din această cifră corespunde numărului de clase de sisteme informatice, prezentate în a patra schemă de clasificare de nivel în Fig. 1. De notat că tipul de separare de memorie în Fig. 8 reprezintă, în primul rând, caracteristicile sale funcționale, mai degrabă decât un design specific.
Sisteme și OKODS OKODR sunt procesoare comune și un bit, respectiv, și de a efectua informații de procesare secvențială. Alte sisteme sunt paralele și de a efectua prelucrarea paralelă a informațiilor.
Sisteme de calcul procesare paralelă a informațiilor sau, mai scurt, sisteme de calcul paralel includ două sau mai multe module de procesor și împărțite în trei clase principale: SIMD și MKOD MKMD. Ele sunt un astfel de sistem, în care porțiunea centrală are două sau mai multe comenzi de debit și (sau) date.
sistem de tip numit SIMD un sistem de calcul paralel cu o singură operație de modul comun controlul multitudinii de module de procesor, în care toate sau o parte din aceste module efectua simultan fluxul de instrucțiuni Aceste sisteme sunt împărțite pe un cuvânt de sisteme și sisteme de procesare de text cu un tratament OKMDS radix OKMDR.
Procesoarele Ansamblul sunt un astfel de sistem paralel de tip OKMDS în care modulele procesor sunt aranjate fluxul global de control și procesare, ca regulă, - un nivel relativ mic procesoare fără legături sau cu un grad redus de înrudire.
Sisteme cu sisteme de flux de date vectoriale și matrice sunt acele OKMDS sistem de tip paralel, în care modulele procesor sunt aranjate fluxul global de control și procesare, ca regulă generală, - un procesor relativ mic, cu un grad ridicat de connectedness. În primele sisteme, procesoare au de obicei o memorie comună și sunt de fapt dispozitive compozite de procesare aritmetică logică care efectuează în mod constant peste comanda vectorilor de comandă operanzi. Sistemele În al doilea rând au procesoare individuale și de memorie reprezintă o configurație de matrice cu conexiuni între vecini.
Faptul că tipul OKMDS de sistem poate fi atât scăzut și gradul ridicat de înrudire, marcate în mod convențional în Figura 8 folosind linia întreruptă conectează procesorul de imagine.
OKMDR care funcționează în mod normal, pe biți de date (descărcarea felie de date - un set de biți de una și aceeași poziție fixă în setul de cuvinte de date).
Mai departe la sistemele de calcul astfel de MKOD. Prin tip paralel sisteme sunt MKODS coloana vertebrală sisteme (banda transportoare) - un astfel de sistem în care executarea simultană a mai multor comenzi folosind fluxul de date seriale care trece prin linia de cuvinte (transportor) blocuri de prelucrare mai specializate. Atunci când această prelucrare este împărțit la numărul corespunzător de subactivități (etape), fiecare dintre care ruleaza pe unul dintre blocurile de prelucrare specializate.
Principiul backbone (transportor), procesarea bazată pe separarea procesului de calcul în mai multe subprocese, fiecare dintre acestea fiind efectuate pe un dispozitiv separat. Astfel, procesele succesive pot fi efectuate simultan pe dispozitivele lor, așa cum apare în procesele industriale. Principiul pipeline poate fi aplicat la diferite nivele ale ierarhiei unui proces de calcul de la nivelul dispozitivelor logice construirea circuitelor. În funcție de nivelul principiului pipelining pot fi identificate prin luarea în considerare nivelurile de coloana vertebrala in sus aritmetica, de transmisie și de sistem de comandă coloana vertebrală macro, și în funcție de tipul de instrucțiuni de procesare între sistemele principale pot fi distinse sisteme cu sistem de instruire convențional și vector.
După cum sa menționat mai sus, ca și sistemele MKODR pot fi tratate cu sistemul transportor de procesoare de un bit.
System unele MKMD tip numit sistem de calcul paralel cu mai multe module de control operare mai multe module de procesor, aceste module efectua mai multe fluxuri de comandă. Numărul de procesoare este de obicei o valoare în intervalul de la 2 la 10, dar poate fi de câteva zeci sau mai multe, în special, pentru sistemele cu microprocesoare. Principalele tipuri de sisteme de MKMDS -mnogoprotsessornye și sistemul multicalculator.
sistem multiprocesor definit ca fiind un tip paralel MKMDS sistem care cuprinde două sau mai multe procesoare centrale extrem legate comune pentru a le memorie și în întregime sau parțial, dispozitive periferice comune, inclusiv procesoare periferice și canale de intrare-ieșire care sunt administrate ca un singur set, Acesta oferă singurul sistem de operare. Sistemul informatic poate fi mai multe copii ale sistemului de operare. Astfel, sistemul informatic multiprocesor include două sau mai multe procesoare care funcționează sub o singură comandă, și realizează prelucrarea simultană a mai multor comenzi și date cu memoria ierarhică.
Pentru mai multe detalii vă puteți imagina caracteristicile sistemelor multiprocesor, după cum urmează.
Sistemul multiprocesor cuprinde două merg mai multe dispozitive de prelucrare a informațiilor centrale - modulele procesorului central. Aceste dispozitive pot avea aceleași sau diferite caracteristici. Memoria principală (RAM) ar trebui să fie utilizate în mod obișnuit și ar trebui să fie accesibile tuturor procesoarelor de sistem. Transformatorul poate avea unele memorie proprie. Sistemul trebuie să aibă acces total la toate dispozitivele IO, inclusiv canale, unități de control și periferice. Sistemul ar trebui să fie un singur sistem, integrat de operare, realizează managementul global de hardware și software. Acest lucru ar trebui să fie posibil să se închidă interacțiunea dintre hardware și software:
1. la software-ul sistemului atunci când efectuează sarcinile de sistem;
2. la nivelul software-ului în îndeplinirea părți ale unuia și aceluiași program sau mai multe procesoare care execută mai multe programe independente (multiprogramming modul de procesare paralelă);
3. Schimbul de date de nivel;
4. întrerupere hardware nivel.
Trebuie remarcat faptul că interacțiunea dintre hardware și software depinde nu numai de organizarea interconectările, dar, de asemenea, cu privire la procedurile de prelucrare a software-ului de sistem și de date. Schema bloc de bază a unui sistem multiprocesor este prezentat în Fig. 9.
Sistemul multicalculator este un sistem paralel astfel MKMDS tip care cuprinde în general două sau mai multe cu un singur procesor sau multiprocesor slab sisteme de calcul interconectate cu o memorie externă comună, și / sau cu legături prin canalele de intrare-ieșire care lucrează împreună sub controlul sistemului său de operare. Legătura directă între sistemul de procesoare pentru a gestiona. Structura sa poate include un singur procesor și multi-procesor sisteme de același tip sau de tipuri diferite, cum ar fi sistemul de calcul ca și coloana vertebrală, matrice, asociative și altele.
După cum sa menționat mai sus, ca sisteme MKMDR poate fi considerat un sistem de procesoare de un bit interconectate.
Sistemele cu structura combinata va apela astfel de sisteme de calcul paralel ale căror structuri sunt caracterizate printr-o combinație de caracteristici semnificativ diferite de alte clase.
Una dintre cele mai cunoscute tipuri de sisteme cu structură combinată sunt ortogonale de sistem. Ele sunt astfel de sisteme paralele, care procesează două procesoare - OKODS tip procesor convenționale și procesor de tip asociativ OKMDR - și sunt folosite pentru memoria lor totală în modul divizia hardware. Acestea sunt sisteme cu grad ridicat de coerență, deoarece perechea de procesoare are o memorie RAM comună.
Sistemele cu structura acordabil va apela astfel de sisteme de calcul paralel, care au capacitatea de a schimba structura de tip de proces de lucru și, în cazuri extreme, trecerea de la o clasă la alta în mod substanțial diferite clase. Astfel de sisteme în ultimii ani a câștigat dezvoltare rapidă în legătură cu proiectarea și dezvoltarea sistemelor de calcul distribuite bazate pe microprocesoare.
Conceptul de sisteme de calcul distribuit se dezvoltă rapid și în schimbare și nu este încă stabilită. În prezent, în conformitate cu astfel de sisteme se referă la o nouă clasă de sistem de calcul având un număr mare de mijloace universale dispersate (resurse) de hardware și software, cu posibilitatea de ajustare rapidă și flexibilă, care funcționează în mod autonom, dar, în același timp, care rulează în mod constant un sistem de operare la nivel înalt,
Unindu-le împreună și asigură interacțiunea acestora prin intermediul rețelei de comunicații;.
sisteme de calcul distribuit întruchipează dezvoltarea în continuare a sistemelor multicalculator și multiprocesor cu gestionarea descentralizată, inclusiv mini-existente și sisteme de microcalculator.
Este necesar să se facă distincția rețelelor de calculatoare. Ele constau din centre distanțate geografic (noduri), formate dintr-o largă varietate de sisteme de calculator și sisteme de comunicații, liniile care conectează centrele din anumite configurare a rețelei. Centrele de calcul operează într-o anumită măsură, independent unul de altul și să interacționeze între ele printr-un sistem de comunicație.
rețele de calculatoare, din cauza caracteristicilor lor sunt semnificativ diferite de alte tipuri de sisteme de calcul paralel și au o specificitate pronunțată atât în ceea ce privește structura și funcționarea organizației, precum și în unele părți ale software-ului. Și ei vor fi abordate în alte cursuri.
Diferența dintre sistemul informatic distribuit și rețeaua de calculatoare este, în principiu, problema mărimea, localizarea și funcția nodurilor, și numărul de interacțiuni între ele. În cazul în care toate componentele sistemului sunt relativ mici, dependente și localizate, acestea pot fi considerate ca părți ale unui sistem de calcul distribuit (mașină). Beli, dimpotrivă, ele sunt destul de complexe și nu sunt dependenți, ele pot fi considerate ca fiind diferite de rețea a aparatului. O varietate de forme mixte, este probabil să devină comune în următorii ani.
Este posibil ca conceptul CPU învechit. Cele mai multe calculatoare este în acest caz, echipat cu zeci, sute sau chiar mii de procesoare identice formate pe un singur cip (sau chiar o parte a cristalului), fiecare dintre acestea va avea propria funcție. Unele dintre aceste procesoare pot avea firmware pentru compilarea programelor (pentru fiecare limbă - un procesor) pentru realizarea programelor după compilare (de asemenea, cu procesoare de specializare limbi) pentru a comunica cu utilizatorii on-line, pentru gestionarea bazelor de date de mari dimensiuni, pentru diagnosticare hardware precum și pentru alte scopuri.
Unul dintre domeniile sistemelor informatice care se ocupă de masă a dispozitivului de procesare extrem de paralel (pe drumul până la operațiile cele de bază), denumite medii de calcul. Mediul de calcul este o multitudine de mașini elementare identice, în același mod și software-ul interconectată personalizate pentru a îndeplini anumite funcții ale unui set complet funcțional. Principiile de bază ale mediilor de calcul -parallel, uniformitate structurală și structura de software de variabilitate.
Principalele tipuri de sisteme de calcul paralel sunt prezentate în Fig. 10. În această figură, marcate sisteme de calcul multiprocesor omogene și neomogene, deoarece caracteristicile de omogenitate și eterogenitate afectează în mare măsură structura sistemelor multiprocesor din cauza coeziunii lor puternice.
Sisteme de calcul cu fiabilitate sporită, precum și sisteme de calcul distribuit și rețelele prezentate separat în raport cu specificul lor.
