Все процессоры выполняют одну и ту же программу ВС класса SIMD

Одиночная операция выполняется над большим блоком данных Модель вычислений

-векторно-конвейерных системах; -матричных системах. Подход реализуется в:

Реализуются принципы: 1. Конвейерная организация обработки потока команд. 2. Введение в систему векторных операций. Векторно-конвейерные системы (PVP компьютеры)

Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Векторные операции обеспечивают идеальную возможность полной загрузки вычислительного конвейера. При выполнении векторной команды одна и та же операция применяется ко всем элементам вектора

1. Блок обработки команд. 2. Векторный процессор. 3. Скалярный процессор. 4.Память, для хранения программ и данных. Типовая организация векторной ВС включает:

Лучше всего приспособлены для выполнения задач, характеризующихся параллельностью или независимостью данных. Матричные системы

Организация матричных систем

-Чтение из памяти элементов векторов; -Чтение их процессором; -Выполнение заданной операции; -Запись результатов в память. Исполнение команды:

? Сравнение векторно- скалярных и матричных систем

Вычислительные системы класса MIMD К ним относят систолические ВС, массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью, компьютеры с общей разделенной памятью, компьютеры с виртуальной общей памятью.

Систолические ВС Конвейер, в котором данные передаются от начала к концу и на этом пути над ними выполняются различные этапы вычислений. Применение систолических ВА: ускорители, встроенные в ПК и реализующие конкретные вычислительные алгоритмы (матричные операции, решение систем линейных алгебраических уравнений, распознавание образов, сортировка и др. ). В этом случае процессорная плата используется в качестве сопроцессора. Время вычислений сокращается на 1 – 3 порядка. систолические процессоры, встроенные в технические системы, которые используются для цифровой обработки в реальном масштабе времени. Например, алгоритм цифровой фильтрации и др.

Систолические системы являются очень специализированными вычислителями и производятся под конкретную задачу. Фактически, задача построения систолического вычислителя сводится к построению аппаратного конвейера, имеющего достаточно большое время получения результата (т.е. большое количество ступеней), но при этом сравнительно маленькое время между последовательной выдачей результатов, так как значительное количество промежуточных значений обрабатывается на разных ступенях конвейера.

Представляют собой регулярную решетку из однотипных процессорных элементов (ПЭ). Каждый ПЭ обладает алгоритмически полным набором операций, а также операциями обмена или взаимодействия с другими ПЭ.

Базовые принципы построения систолических систем 1. Система – сеть связанных ячеек и узлов, обычно достаточно простых. 2. Каждый узел – это вычислитель плюс буферная память. Вычислитель использует данные из этой памяти. 3. Операции в системе выполняются по типу конвейерной обработки. 4. Вычисления в системе задаются с помощью общего тактового сигнала.

Основные характеристики систолических ВС однородность процессорного поля, регулярность (постоянство) межпроцессорных соединений, синхронностью функционирования процессорных элементов.

Фазы обработки К: внешняя коммуникация между ПЭ; В: вычисления в ПЭ; У: управление вычислениями и коммуникацией (очень короткая)

Фазы коммуникации - в определенный интервал времени во всей системе происходит одновременно обмен данными между процессорными элементами

Фазы вычислений - производятся вычисления

Фазы управления - Реализуются операции по началу и окончанию работы всего процессорного поля

Массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью (MPP) Идея построения – серийные микропроцессоры, каждый из которых снабжается локальной памятью и соединяются между собой.

Система состоит из однородных вычислительных узлов, включающих: один или несколько центральных процессоров (обычно RISC), локальную память (прямой доступ к памяти других узлов невозможен), коммуникационный процессор или сетевой адаптер иногда - жесткие диски и/или другие устройства В/В К системе могут быть добавлены специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Узлы связаны через некоторую коммуникационную среду (высокоскоростная сеть, коммутатор и т.п.)

Варианты работы операционной системы в МРР 1. Выделяется управляющая машина, на которую ставится полноценная ОС. На каждом отдельном модуле ставится усеченная версия ОС, которая поддерживает вычисления на модуле. 2. На каждый модуль ставится своя полноценная ОС.

Достоинства – хорошая масштабируемость.

Недостатки 1. Требование специальной техники программирования для реализации обмена сообщениями между процессорами. 2. Ограниченный объем памяти. 3. Вследствие указанных недостатков требуются значительные усилия для максимального использования системных ресурсов. Это определяет высокую цену программного обеспечения для массивно-параллельных систем с раздельной памятью.

Компьютеры с общей разделенной памятью (SMP) Особенность – наличие общей памяти, разделенной всеми процессорами (симметричная многопроцессорная архитектура)

Память служит для передачи сообщений между процессорами, при этом все вычислительные устройства при обращении к ней имеют равные права и одну и ту же адресацию для всех ячеек памяти. Поэтому SMP-архитектура называется симметричной.

Достоинства: -Простота и универсальность для программирования; -Использование общей памяти может увеличить скорость обмена данными между процессорами; -Простота эксплуатации.

Главный недостаток – плохая масштабируемость.

Решение проблемы КЭШ- когерентности 1. Каждый кэш отслеживает изменения, передаваемые в ЦП. 2. Выделяется специальная часть памяти, которая отвечает за отслеживание достоверности всех отдельных копий.

Системы МРР позволяют создавать системы с наиболее высокой производительностью. Узлами таких систем часто являются системы SMP.

Компьютеры с виртуальной общей памятью (NUMA) Главная особенность – неоднородный доступ к памяти. Технически – это MPP компьютеры, узлами которых являются системы SMP.

Кластерные системы Главная особенность – все узлы должны работать под управлением одной ОС. Достоинства: -хорошая масштабируемость; -устойчивость к повреждениям узлов.

Типы кластеров: 1. Кластеры построены целиком из стандартных деталей. 2. Система имеет эксклюзивные узлы.

Метакомпьютинг Объединение разнородных вычислительных ресурсов, пространственно разнесенных, для решения определенной задачи.

Проблемы, решаемые в метакомпьютинге 1. Легкий доступ к ресурсам глобальной сети. 2. Легкое предоставление своих возможностей удаленным пользователям глобальной сети.