Понятие вычислительной системы Под вычислительной системой (ВС) понимают совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Для каждого поколения ЭВМ и ВС существует критический порог сложности решаемых задач Пкр, после которого применение автономных ЭВМ становится экономически невыгодным, неэффективным.

Классификация вычислительных систем По назначению вычислительные системы делят на: - универсальные - специализированные. По типу построения вычислительные системы разделяются на: - многомашинные - многопроцессорные По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают: - однородные системы - неоднородные системы. По методам управления элементами ВС различают: - централизованные - децентрализованные - со смешанным управлением.

Рис. 1. Схема взаимодействия компьютеров в двух­машинной ВС

Рис. 2. Схема взаимодействия процессоров в ВС

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы: территориально-сосредоточенные – это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга; распределенные – это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети; структурно-одноуровневые – это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных; многоуровневые (иерархические) структуры – это когда в иерархических ВС маши­ны или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.

Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD Multiple Instruction Single Data). Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD Single Instruction Multiple Data). Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD Multiple Instruction Multiple Data).

В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС: структура MIMD в классическом ее варианте; параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть многопроцессорная (Multiple) MISD-архитектура; параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть многопроцессорная SIMD-архитектура.

Рис. 3. Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцессорных ВС

ILLIAC IV Cray 1 Первый суперкомпьютер был задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина ILLIAC IV с производительностью 20 MFloPS), а начиная с 1974 года лидерство в разработке суперкомпьютеров захватила фирма Cray Research, выпустившая Cray 1 производительностью 160 MFloPS и объемом оперативной памяти 64 Мбайт.

Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP Shared Memory multipro­cessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти). Кластерные суперкомпьютеры и особенности их архитектуры Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса

Для создания кластеров обычно используются либо простые однопроцессорные персональные компьютеры, либо двух- или четырех- процессорные SMP-серверы. При этом не накладывается никаких ограничений на состав и архитектуру узлов. Каждый из узлов может функционировать под управлением своей собственной операционной системы. Чаще всего используются стандартные ОС: Linux, FreeBSD, Solaris, Unix, Windows NT. В тех случаях, когда узлы кластера неоднородны, то говорят о гетерогенных кластерах.

Два подхода при создании кластеров Первый подход: В кластер объединяются полнофункциональные компьютеры, которые продолжают работать и как самостоятельные единицы, например, компьютеры учебного класса или рабочие станции лаборатории. Второй подход: Системные блоки компьютеров компактно размещаются в специальных стойках, а для управления системой и для запуска задач выделяется один или несколько полнофункциональных компьютеров, называемых хост - компьютерами.

достоинства: высокая суммарная производительность; высокая надежность работы системы; наилучшее соотношение производительность/стоимость; возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами; легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов; удобство управления и контроля работы системы. недостатки: задержки разработки и принятия общих стандартов; большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование; трудности управления одновременным доступом к файлам; сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.