Архитектуры параллельных вычислительных систем (стр. 3 из 3)
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа.Это однопроцессорный компьютер.
К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.
| Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления. |
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.
| Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования. |
Многопроцессорная архитектура
. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис.
Многомашинная вычислительная система
. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко.
Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.
Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.
·
Архитектура с параллельными процессорами
. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд.
Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рис.
Рис. Архитектура с параллельным процессором
В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.
Серия Т представляет собой разработку фирмы FPS в области архитектур с массовым параллелизмом. Конфигурация системы представляет собой n-мерный гиперкуб - структуру, в которой каждый узел связан с п ближайшими соседями. Архитектура серии Т создана благодаря использованию трех важных разработок:
1. СБИС Inmos Transputer.
2. Язык программирования Оккам.
3. Обновленная схема многопортовой памяти.
Даже в быстроменяющемся мире параллельных архитектур эти идеи выделяются среди подходов, используемых в разработках других параллельных систем.
В этой главе обсуждается архитектура серии Т и два примера программ, которые выполнялись на небольшой системе серии Т. Первая программа демонстрирует межузловые связи, вторая - использование аппаратуры и утилит векторной обработки.
6.1. Аппаратура
Конфигурация системы серии Т может изменяться от 8 (23) узлов (минимальная система) до 16 384 (214) узлов (максимальная система). Пиковая производительность системы в этих экстремальных случаях возрастает с 96 Mflops до 196 Gflops.
Языки программирования: Компилятор:
Машина / модель: Местонахождение: Процессоры: Операционные системы:
Т/20
Floating Point Systems, Бивертон, Орегон 16 узлов, каждый с ОЗУ 1 Мбайт VMS на внешней машине MicroVAX TOPSYS В01 на системной плате серии Т VB Main Process В01 на векторной плате серии Т
Параллельный процессор FPS серии Т 89
Предельной топологией системы в ее максимальной конфигурации является 14-мерный гиперкуб. Другие топологии, определяемые пользователем, такие как сетка, тор, кольцо, цилиндр, относительно легко создаются из гиперкубической схемы связи. Базовая конфигурация серии Т содержит модуль, состоящий из:
• платы системного управления;
• 80-Мбайтного системного диска;
• 8 векторных плат.
Удвоение числа векторных плат добавляет новое измерение в структуре гиперкуба. Прикладные программы можно разрабатывать независимо от размера системы, предусматривая простые средства для работы на системах серии Т различной конфигурации.
Плата системного управления
Плата системного управления (ПСУ) связывает модуль серии Т с восемью присоединенными векторными платами и с дисковой подсистемой, а также при необходимости с внешней машиной. Программно ПСУ не доступна пользователю, однако она содержит операционную систему, выполняющую запросы пользовательских программ на организацию взаимодействия и обмен данными с внешней машиной, векторными платами, дисковой подсистемой и, в многомодульных системах, с другими ПСУ.
Векторные платы
Каждую векторную плату (ВП) можно рассматривать как одноплатный матричный процессор с управляющей машиной (host computer). Уже упоминалось, что существует восемь векторных плат, подсоединенных к плате системного управления. Каждая векторная плата содержит:
• транспьютер;
• адаптер каналов/MUX;
• многопортовое ОЗУ емкостью в 1 Мбайт;
• секцию АЛУ, состоящую из устройств сложения и умножения чисел с плавающей запятой (32- или 64-разрядный форматы IEEE);
• статическое ОЗУ емкостью в 4К 64-разрядных слов, используемое для микропрограммной реализации векторных операций.
• АЛУ и память микропрограмм образуют векторное процессорное устройство (ВПУ).