2.Классификация уровней программного параллелизма.
1.Включает в себя 7 позиций.
2.Независимые задания.
3.Отдельные части задания.
4.Программы и подпрограммы.
5.Циклы и итерации.
6.Операторы и команды.
7.Фазы отдельных команд.
Для каждого из них имеются специфические свойства параллельной обработки апробированные в различных структурах вычислительных систем. Для каждого вида параллельных работ имеются структура вычислительных средств используемых в различных системах. Верхние три уровня включающие независимые задания или части заданий и отдельные программы имеют единое средство параллельной обработки. Мультипроцессирование т.е. многопроцессорные вычислительные системы относящиеся программные циклы и итерации требуют использования векторной обработки (ОКМД). Операторы и команды выполняемые ЭВМ ориентированы на многофункциональную обработку. Параллельная обработка фаз последовательно выполняемых команд приводит к организации конвейера команд. Рассмотрим возможные структуры ВС, которые обеспечивают перечисленные виды программного параллелизма.
3.ОКОД структуры.
Данный тип архитектуры объединяет любые системы в однопроцессорном (одновременном) варианте. За 50л. развития ЭВТ классическая структура ЭВМ претерпела значительное совершенствование, однако основной принцип программного управления не был нарушен. Данная структура оказалась сосредоточенной вокруг ОП, т.к. именно цепь “процессор ОП” во многом определяет эффективную работу ПК. При выполнении каждой команды необходимо неоднократное обращение к ОП: Выбор команды, операндов, отсылка результатов и т.д. Перечислим несколько улучшений классической структуры ЭВМ ставших в настоящее время определёнными стандартами при построении новых ЭВМ:
Иерархическое построение памяти ЭВМ, появлении сверхоперативной памяти и КЭШ памяти разделения процессов ввода/вывода и обработки задач появления систем прерывания и приоритетов и т.д. В этом ряду следует рассматривать организацию конвейера последовательно выполняемых команд: Формирование адреса команды, выбор команды, формирование адресов и выбор операндов. Выполнение команды, запись результата, однако примитивная организация памяти (память одномерна и линейна) не позволяет организовать длинный и эффективный конвейер. Линейные участки современных команд, редко превышают десяток полтора последовательно выполняемых команд, поэтому конвейер часто перезапускается, что снимает производительность ЭВМ в целом.
4.Технология сверхбыстрых интегральных схем.
Многофункциональная обработка обеспечивается следующими специализированными средствами обработки умножителями, делителями, сопроцессорами или блоками десятичной арифметики. Сопроцессорами обработки графической информации и др.
5.RISC и CISC – компьютеры.
В последние годы широко используются ещё несколько модификаций классической структуры. В связи с достижением в микроэлектронике появилась возможность построения RISC компьютера. Reduced Instruction SET Computing. ЭВМ с сокращённом набором команд. ЭВМ предыдущих поколений не имели большой сверхоперативной памяти, поэтому имели достаточно сложную систему команд. CISC – в этих машинах большую долю команд составляли команды типа “память-память”, в которых операнды и результаты операций находились в оперативной памяти. Время обращения к памяти и время вычислений относились 5 к 1.
В RISC машинах с большой сверхоперативной памятью, большой удалённый вес составляет операции регистр-регистр и отношение времени обращения к памяти по времени вычислений составляет 2 к 1, поэтому в RISC машинах основу системы команд составляет наиболее употребительные «короткие операции» типа алгебрического сложения. Сложные операции выполняются, как подпрограммы состоящие из простых операций – это позволяет значительно упростить внутреннюю структуру процессора, уменьшить фазы дробления конвейерной обработки и увеличить частоту работу конвейера. Недостатки такой системы усложнения процедур обмена данными между регистрами и сверхоперативной памяти и КЭШ памяти с оперативной памятью.
Very Large Instruction Words.
Ещё одной классической модификацией структуры ЭВМ является VLIW. ЭВМ с очень длинным командным словом. ЭВМ этого типа выбирает из памяти супер команду включающую в себя несколько команд. VLIW компьютеры могут выполнять супер скалярную обработку т.е., одновременно выполнять 2 или более команд. В целом ряде структур супер ЭВМ использовалась эта идея.
ОС микропроцессорных систем и локально-вычислительных систем.
Центральное место в структуре ПО занимает ОС. ОС – система программ предназначенная для обеспечения определённого уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счёт автоматизированного управления её работой и предоставляемого пользователем набора услуг (ГОСТ – 15971-84). Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычислениями и реализует такие функции, как планирование ресурсов управлением ввода-вывода информации управлением данными. Объём ОС и число составляющих её программ в значительной степени определяются типом используемых ЭВМ. Сложностью режимов работы ЭВМ и вычислительных систем составом технических средств и т.д. Применение ОС имеет следующие цели: увеличение пропускной способности ЭВМ – увеличение общего объёма работы выполняемого ЭВМ в единицу времени;
2)уменьшение времени реакции системы, т.е. сокращение интервала времени между моментами поступления заданий в ЭВМ и моментами получения результатов.
3)контроль работоспособности технических и программных средств.
4)помощь абонента и оператора при использовании ими технических и программных средств, облегчение их работы.
5)управление программами и данными в ходе вычисления.
6)обеспечение адаптации ЭВМ, её структурноё гибкости заключающейся способности изменятся, наполнятся новыми техническими и программными средствами.
Любая ОС имеет приспособление классам решаемых пользователями задач и конфигурации средств включаемых в систему.
План:
1.Определение ОС.
2.ОС – как расширенная машина.
3.ОС – как система управления ресурсами.
4.Сетевые операционные системы.
1)ОС в наибольшей степени определяет облик всей ВС в целом, несмотря на это пользователи активно использующие вычислительную технику часто затрудняются дать определение ОС, т.к. ОС выполняет по существу 2 малосвязанные друг с другом функции: 1)обеспечение пользователю-программисту удобств по средствам предоставления для него расширенной машины, 2)повышение эффективности использования ПК путём рационального управления его ресурсов.
2)Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого удобного просмотра указанных файлов чтения или записи называется ОС. Точно также, как ОС ограждает программиста от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейса. ОС берёт на себя все малоприятные дела связанные с обработкой прерывания управлением таймерами и ОП, а так же др. низкоуровневые проблемы. С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой составляющей реальную машину.
3)Идея о том, что ОС прежде всего система обеспечивающая удобный интерфейс пользователю соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд снизу вверх об ОС, как о некотором механизме управляющим всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, таймеров дисков накопителей сетевой коммуникационной аппаратура принтеров и др. устройств в соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение ресурсов между процессорами, памятью, устройствами и данными между процессорами конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность её функционирования. Критериями эффективности может быть пропускная способность или реактивность системы. Управление ресурсами включает решение 2 общих независящих от типа ресурсов задач:
1)планирование ресурсов – т.е. определение кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве необходимо выделить данные ресурсы;
2)отслеживание состояния ресурса, т.е. содерживание оперативной информации занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов – какое количество ресурсов уже распределено, а какое свободно. Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счёте и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления ресурсами в значительной степени определяет – является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.
Классификация сетей. Телекоммуникационные сети.
Телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС) - это сеть обмена и распределённой обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанные абонентские систем и средствами связи. Средство передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов, аппаратных, информационных, программных.
Абонентская система – это совокупность ЭВМ программного обеспечения периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети выполняющих прикладные процессы.