Шпаргалка: Информатика
4. ООП может комплектоваться различного рода коммутаторами. При больших значения N и K коммутаторы становятся очень громоздки, потребляют большую мощность, техническое обслуживание затрудняется. При значениях N и K = 15-20 коммутатор становится приличных размеров и потребляет большую мощность. На практике часто используют не централизованный коммутатор, а распределенный коммутатор, т.е. слои распределяют либо по CPU, либо по блокам памяти.
7. ВС на базе CPU .
7.1. Введение.
С появлением CPU появились новые возможности для построения специфических структур ВС. CPU имеет 30-летнюю историю развития. До настоящего времени структуры ВС в основном воспроизводились в суперЭВМ. Наибольшее применение ВС нашли в суперЭВМ типа Gray - I, II, III.
Cyber - 205, 305 ... (CDC).
ВС в этих суперЭВМ комбинировали в определенных соотношениях векторную и конвейерную обработку. Опыт построения этих систем показал, что все суперЭВМ являются по существу специализированными вычислителями, чем больше быстродействие они обеспечивают, тем уже становился класс алгоритма, которые они эффективно обрабатывают. Универсальных структур ЭВМ не существует. Эффективной структурой ВС следует считать ту, у которой структура в наибольшей степени соответствует (или может быть подстроена) под структуру задач, решаемых на этой системе.
| Виды программного параллелизма | Аппаратно-программные средства |
| 1. Отдельные фазы команд | Множественный поток Команд Отдельный поток Данных ОКОД МКОД |
| 2. Отдельные команды и операторы | ОКОД МКОД |
| 3. Циклы и операции | ОКМД |
| 4. Отдельные проги и подпроги | МКМД |
| 5. Отдельные ветви вычислений или части задания | |
| 6. Независимые задания |
7.2. ОКОД
Применение CPU позволяет использовать модификацию классических структур ЭВМ. Архитектура ОКОД (одномашинные или однопроцессорные позволяет строить виды структур:
- RISC - CPU - структура с ограниченной системой команд
- VLIW - CPU - структура с очень длинным кодом
В настоящее время основным видом CPU считается Pentium 2. Эти CPU относятся к RISC CPU у которых состав команд очень небольшой и соответствует операциям типа алгебраического сложения. Все сложные команды выполняются в виде подпрог.
RISC - набор команд очень небольшой. Они позволяют уменьшить время выполнения команд, а значит увеличить частоту работы конвейера команд. При этом число обращений к ОЗУ сокращается.
Все CPU типа Pentium имеют очень длинное командное слово. Буфер команд CPU имеет целью обеспечить более полную загрузку CPU. При этом появляется возможность параллельно выполнять несколько команд не связанных общими данными. Например сложение и пересылка 2-х операндов с одного места на другое. CPU Pentium позволяет снизить негативное влияние операций типа IF при которых приходится перезагружать конвейер команд. Т.е. в CPU типа Pentium имеется возможность предсказания переходов с последующим отбрасыванием ветвей. Это предсказание позволяет сократить количество срывов в конвейере при выполнении команд.
7.3. ОКМД
Успехи в микроэлектронике позволяют использовать целые матрицы CPU, работающих по одной и той же проге с разными данными. Такие структуры эффективны при векторной и матричной обработке. Каждый CPU имеет связи с соседним CPU. Однако эффективная работа подобных схем возможна только на матричных и векторных задачах. В подобных структурах очень тяжело обеспечить загрузку аппаратуры, поскольку отсутствует теория параллельного программирования. Поэтому данная структура находит ограниченное применение.
Структуры ОКМД могут быть реализованы в CPU исполнении в виде сопроцессоров для больших ЭВМ. Например, в серверах сети эти структуры могут обслуживать большие хранилища информации, повышая производительность и скорость обработки данных. В ПЭВМ появление таких сопроцессоров маловероятно.
7.4. Структуры МКОД.
МКОД - это структуры типа конвейер
Структуры этого типа не нашли большого применения в ВС. Это обусловлено тем, что обычно все ЭВМ (CPU) универсальны в своей основе. Поэтому нет необходимости обеспечивать конвейерную обработку. Кроме того программный принцип управления не дает возможность организовать эфф длинные конвейеры. Обычно считается, что линейный участок проги не превышает 7-10 (15) команд. После этих команд конвейер перезапускается.
Как вариант можно рассматривать многофункциональную обработку в существующих ЭВМ:
а) во всех современных ЭВМ имеется совмещение операции при которой организуется II-ная работа отдельных блоков (выборка команды, выборка операндов и т.д.)
б) как вариант конвейера можно рассматривать II-ную обработку центрального CPU ЭВМ и сопроцессора.
в) конвейер мы находим в суперЭВМ, когда обеспечивается подпитка информации в кэш-памяти в память команд и в память данных.
г) в сетях ЭВМ возможна II-ная работа нескольких клиентов с одной центральной БД. Но эта дисциплина обслуживания больше относится к структуре МКМД.
7.5. МКМД
Наиболее интересным видом является МКМД. Эта структур дает множество структур. Обычно эти структуры различают по степени связанности: сильносвязанные и слабосвязанные.
Архитектура МКМД в самом простом варианте предполагает наличие нескольких автономных вычислителей, каждый из которых работает с собственным потоком заданий. Такая структура увеличивает производительность системы, очень проста по построению и управлению.
Более интересны структуры у которых информационные потоки ветвятся образуя II-ные ветви.
Если вычислители находятся в непосредственной близости друг от друга, то они сильно связаны. Интенсивность передачи информации в таких системах может быть очень высокой и осуществляться небольшими порциями.