Вычислительная система (ВС) представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для сбора, хранения, обработки и распределения информации.
Отличительной особенностью ВС является наличие в ней нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.
Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Основой развития ВС служат экономические факторы. В пределах интервала времени, характеризующегося относительной стабильностью элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выражается квадратичной зависимостью – законом Гроша [15]:
Сэвм = К1 ∙ П2эвм, (5.1)
где Сэвм – стоимость ЭВМ; К1 – коэффициент пропорциональности; зависящий от технического уровня развития вычислительной техники; Пэвм – производительность ЭВМ.
Построение вычислительных систем позволяет сохранить затраты.
Так, для них используется линейная формула [15]
Свс = К2 ∙ , (5.2)
где Свс – стоимость вычислительной системы; К2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от технического уровня развития вычислительной техники; Пi – производительность i-го из n комплектующих вычислителей.
На рис. 5.10 представлены графики изменения стоимости вычислений для ЭВМ и ВС [15]. Из графиков видно, что для каждого поколения ЭВМ и ВС существует порог сложности решаемых задач Пкр, после которого применение автономных ЭВМ становится экономически не выгодным. Критический порог определяется точкой пересечения приведённых зависимостей.
Рис. 5.10. Зависимость стоимости вычислительных систем и ЭВМ от производительности
При проектировании ВС реализуются следующие принципы:
– возможность работы в разных режимах;
– модульность структуры технических и программных средств;
– унификация и стандартизация технических и программных решений;
– способность систем к адаптации, самонастройке, самоорганизации;
– обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений;
– иерархия в организации и управлении процессом.
По типу вычислительные системы делятся на:
- многомашинные
- многопроцессорные.
Для повышения производительности, надёжности и достоверности вычислений используются многомашинные вычислительные системы (ММС). Комплекс таких машин схематически показан на рис. 5.11 [15]. Положения 1 и 3 электронного ключа (ЭК) обеспечивают режим повышенной надёжности. При этом одна из машин выполняет вычисления, а другая находится в холодном или горячем резерве. Положение 2 электронного ключа соответствует событию, когда обе машины обеспечивают параллельный режим вычислений. При этом возможны два варианта вычислений:
– обе машины решают одну и ту же задачу и периодически сверяют результаты решений. Такой способ обеспечивает режим наибольшей достоверности, уменьшается вероятность появления ошибок в результате вычислений;
– обе машины работают параллельно, но обрабатывают собственные потоки заданий. Возможность обмена информацией между машинами сохраняется. Такой способ включения ЭВМ обеспечивает высокую производительность и используется в практике организации работ в крупных вычислительных центрах, оснащённых несколькими ЭВМ высокой производительности.
Рис. 5.11. Многомашинные комплексы
Схема, представленная на рис. 5.11, используется в различных модификациях при проектировании специализированных ММС.
Основные различия ММС заключаются, как правило, в организации связи и обмена информацией между ЭВМ комплекса.Каждая из них сохраняет возможность автономной работы и управляется собственной операционной системой. Любая другая подключаемая ЭВМ комплекса рассматривается как специальное периферийное устройство (ПфУ). В зависимости от территориальной разобщённости ЭВМ и используемых средств сопряжения обеспечивается различная оперативность их информационного сопряжения.
Многопроцессорные системы (МПС) строятся при комплексировании нескольких процессоров (рис. 5.12) [15]. В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память (ООП). Параллельная работа процессоров и использование ООП обеспечивается под управлением единой операционной системы. По сравнению с ММС при использовании такой схемы обеспечивается наивысшая оперативность взаимодействия вычислителей-процессоров.
|
|
Рис. 5.12. Многопроцессорные системы
Многопроцессорные системы имеют недостатки. Эти недостатки связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти.При большом количестве комплексируемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, когда несколько процессоров обращаются с операциями типа «чтение» и «запись» к одним и тем же областям памяти.
Помимо процессоров к ООП подключаются:
- все каналы (процессоры ввода-вывода),
- средства измерения времени и т. д.,
т. е. возникает проблема коммутации абонентов и доступа их к ООП. Решение этой проблемы обеспечивается с помощью аппаратно-программных средств. Необходимо отметить, что процедуры взаимодействия усложняют структуру операционной системы МПС, и от того, как они решаются, во многом зависит эффективность применения многопроцессорных систем.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 173.