Содержание.

Содержание……………………………………………………………. 1

Общие сведения о многопроцессорных системах. ………………….2

Перспективные многопроцессорные системы. …………………… .8

Систолические и волновые матрицы……………………………. 8

Матричные процессоры………………………………………… 10

Вычислительная поверхность Meiko. ………………………… 11

Гиперкуб, или двоичный N-куб. ……………………………… 15

Базовый элемент мультипроцессорных систем

с однотипными процессорами. ……… 18

Достигаемая производительность. …………………………………21

Обоснованность применения многопроцессорных

систем в АСУ. ………………………….24

Список использованной литературы. …………………………… .28

Общие сведения о многопроцессорных системах.

Традиционные архитектурные принципы построения ЭВМ, сформулированные фон Нейманом, использовались в неизменном виде свыше 40 лет. Основные из этих принципов следующие:

· Наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации и память;

· Линейная структура адресации памяти, состоящая из слов фиксированной длины;

· Низкий уровень машинного языка;

· Централизованное последовательное управление.

Возможности повышения скорости обработки в рамках фон-Неймановской архитектуры оказались исчерпанными из-за ограничений, определяемых последовательной выборкой команд и данных через общий интерфейс памяти. Для повышения производительности ЭВМ их архитектурные принципы должны будут претерпеть изменения, которые с наибольшей вероятностью выразятся во введении тех или иных видов параллелизма, имеющего целью преодоление узких мест фон-Неймановской архитектуры.

Известны четыре основных принципа реализации параллельной обработки, которые можно применить при проектировании новых систем.

· Потоковая архитектура, управляемая потоками данных, которые передаются от источников к потребителям, будучи обозначены маркерами данных. Обработка имеет место при наличии всех входных данных (в отличие от фон-Неймановской архитектуры, в которой последовательность управления обычно определяется командами программы). Потоковая архитектура ориентирована на распараллеливание обработки, особенно для машин баз данных, концепции построения которых соответствуют японскому проекту ЭВМ пятого поколения.

· Архитектура ОКМД, когда в ЭВМ одна и та же операция выполняется одновременно над различными данными. Большинство суперЭВМ представляют собой ОКМД-машины.

· Архитектура МКМД, в которой объединяется множество независимых ЭВМ, каждая со своей памятью, способных одновременно выполнять несколько различных операций.

· Архитектура МКМД, включающая множество подчиненных процессоров, которые могут быть по отдельности подключены к общей памяти с множественным доступом через коммутационную матрицу, управляемую ведущим процессором. Такая архитектура применена в экспериментальных мини-суперЭВМ.

Параллелизм может быть использован для повышения производительности ЭВМ на нескольких уровнях:

a) Между работами или фазами работы;

b) Между частями программы или в пределах циклов типа DO;

c) Между фазами выполнения команд;

d) Между элементами векторной операции или на уровне арифметических логических систем.

Категории a и b образуют рубрику, которая может быть названа классом параллельных ЭВМ, а разновидности c и d представляют собой более тонкие формы параллелизма, который иногда используется в блоках последовательной обработки и часто реализуется посредством конвейерных процессоров.

Основные архитектурные формы параллельных мультипроцессоров, которые используются в настоящее время, представлены ниже:

1.

Архитектура с потоком управления, суть которой в том, что отдельный управляющий процессор служит для посылки команд множеству процессорных элементов, состоящих из процессора и связанной с ним памяти.

2. Архитектура с потоком данным, которая децентрализована в высокой степени и в которой параллельные команды посылаются вместе с данными во многие одинаковые процессорные элементы.

3. Архитектура с управлением по запросам, в которой задачи разбиваются на менее сложные подзадачи и результаты выполнения которых после обработки данных снова объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда ее результат оказывается нужным для другой активной команды.

4. Архитектура с управлением наборами условий, в которой задачи разбиваются на менее сложные подзадачи, результаты решения которых снова соединяются и дают окончательный результат. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда имеет место некоторый набор условий. Типичное применение такой архитектуры – распознавание изображений с использованием клеточных матриц процессорных элементов.

5.

Архитектура, содержащая ЭВМ с общей памятью, в которой используется та или иная система межсоединений для объединения процессоров с памятью. Системы межсоединений могут быть конструктивно оформлены в виде шин, колей, кубов, кэшей (быстродействующих буферных ЗУ большой емкости) или матриц переключателей.

Архитектура с параллельными процессорами, в которой используется высокая степень параллелизма, допускающая возможность независимого выполнения нескольких процессов на нескольких процессорах. Широко используемой формой структур параллельной обработки являются гиперкубы или двоичные n-кубы, в которых между вычислительными узлами имеют место двухпунктовые связи для передачи сообщений между обрабатывающими узлами. В 16-вершинном кубе каждый узел соединен с четырьмя ближайшими соседями.

В мультипроцессорных системах используют несколько процессоров, каждый из которых работает под управлением своих собственных команд и которые обычно обмениваются информацией через общую память. Одним из способов классификации мультипроцессорных систем является проявляющаяся в них степень связности составных частей. На рисунке проиллюстрировано четыре уровня связности, которые могут иметь место

между процессорами. В системах с сильными связями процессоры объединены посредством системной шины, накладывающей ограничения на производительность системы. Взаимодействие через общую память является менее сильным видом связности, а для уменьшения ограничений, вносимых общей шиной, могут быть применены многопортовые запоминающие устройства. В случае использования нескольких автономных ЭВМ, снабженных каждая собственной операционной системой, объединенных в так называемый кластер и взаимодействующих с помощью коммуникационного программного обеспечения через сеть межсоединений, имеет место наиболее слабый уровень связности.