Metode de viteză tot mai mare de computere și Sun

Creșterea productivității sistemelor de calcul implică în primul rând de programe pentru a atinge o viteză mare de execuție. Un astfel de scop, în conformitate cu atât nevoile utilizatorilor care sunt interesați în obținerea cele mai rapide rezultate de numărare și faptul că viteza determină cantitatea totală de muncă de calcul, care este capabil de a efectua un sistem într-un timp dat.

În unele domenii de aplicare a crește viteza de calcul joacă un rol important, deoarece timpul de rezolvare a problemelor pe un calculator standard este de obicei prea mare pentru utilizarea practică a rezultatelor. Desigur, factorii de cost, în acest caz sunt semnificative, dar mai important este să se asigure posibilitatea de a obține rezultate într-un timp rezonabil, la un nivel minim (în măsura în care este posibil) costul de calcul.

Este în aceste domenii de aplicare și necesită un computer super-.

Principalii factori care determină costul ridicat al super-VM sunt:

1. Costul ridicat de construcție, datorită complexității echipamentului și producția de masă relativ mică.

2. Costul ridicat al echipamentului, pentru a crea o nevoie de noi tehnologii care pot oferi o limită la starea actuală a performanței art. În creșterea costurilor aparatelor afectează, de asemenea, numărul de elemente logice, cantitatea de căldură eliberată per unitate de volum și de alți factori similari.

3. software scump inclusiv instrumente speciale, care permit realizarea unui sistem potențial de înaltă performanță.

Domeniul de metode de aplicare pentru a atinge un nivel înalt de performanță acoperă toate sistemele de construcție.

La cel mai scăzut nivel, - o tehnologie avansată de construcție și de fabricație de mare viteză de elemente și plăci cu circuite cu densitate mare de montare. În acest domeniu este modul cel mai direct pentru a crește viteza, pentru că în cazul în care, de exemplu, a reușit să amâne totul în timpurile K mașină de tăiat, acest lucru ar duce la o creștere a performanței în același număr de ori. În ultimii ani, progrese mari au fost făcute în crearea de componente de mare viteză și metode adecvate de instalare, și este de așteptat progrese în continuare, bazate pe utilizarea noilor tehnologii și de a reduce dimensiunea de dispozitive. Această cale, cu toate acestea, are unele limitări:

1. Pentru un anumit nivel de tehnologie oferă un nivel de performanță a bazei elementului: de îndată ce a fost atins, o creștere suplimentară a performanței este însoțită de cheltuieli enorme până la atingerea acestui prag, dincolo de care nu există nici o tehnologie pentru a asigura o performanță mai bună.

2. Elementele O acțiune rapidă au de obicei o densitate de ambalare mai mici care, la rândul său, necesită un cablu de conectare lung între plăcile și, în consecință, conduce la întârzierea crescută (compuși datorate) și reducerea câștig în performanță.

3. Elemente de mare viteză sunt de obicei disipa o căldură. Prin urmare, necesită măsuri speciale pe radiator, ceea ce reduce și mai mult densitatea de ambalare și, prin urmare, performanța. Pentru a evita costurile suplimentare, întârzierile datorate conexiunilor și creșterea disiparea căldurii, este recomandabil, aparent, se aplică elemente de mare viteză nu sunt peste tot, dar numai în acele părți care corespund <узким местам>. De exemplu, pentru a crește viteza de adăugare poate fi aplicată numai în lanț circuit de transport de mare viteză. Cu toate acestea, modul în care crește viteza elementelor are limitările sale și poate veni un moment în care devine necesar sau mai avantajos să se utilizeze pentru realizarea operațiilor de adiție cu alte metode.

Următorul pas în direcția creșterii vitezei implică reducerea numărului de niveluri logice în punerea în aplicare a circuitelor combinaționale. Este bine cunoscut faptul că orice funcție poate fi implementată cu ajutorul unui sistem cu două nivele logice. Cu toate acestea, în sisteme complexe, acest lucru conduce la dispozitive voluminoase care conțin un număr foarte mare de supape la compuși Coeficienți excesive de intrare și ieșire. Prin urmare, în acest stadiu, obiectivul de proiectare este de a oferi un circuit cu un număr mic de niveluri logice care ar satisface constrângerile privind numărul de supape și a coeficienților lor ai compușilor de intrare și de ieșire. În prezent, a dezvoltat principiile de circuite care necesită un număr mai mic de porți, și cu mai puține întârzieri, și să propună metode de creare a acestora. Datorită limitărilor inerente ale unui singur acest fel, de regulă, nu se poate da creșterea necesară a productivității.

În plus, performanța sistemelor informatice poate fi îmbunătățită prin implementarea de hardware sau firmware încorporate comenzi complexe, care corespunde uneia sau o altă funcție, care apar în multe calcule practice. Astfel de funcții includ, de exemplu, rădăcină pătrată, plus vector, multiplicarea matricilor și transformată Fourier rapidă. Aceste instrumente vă permit să reducă numărul de echipe din cadrul programelor și să creeze premise pentru o utilizare mai eficientă a resurselor de calcul (de exemplu, pipeline unități aritmetice). În rezolvarea unor probleme care rezultă câștig pot fi substanțiale, deosebit de bine ilustrat de calculator vectorul discutat mai jos, în care rolul principal jucat de instrucțiuni vectoriale. Pe de altă parte, nu este ușor de a defini astfel de comenzi complexe, care au fost utilizate în mod frecvent într-o clasă largă de aplicații. În același timp, procesele de performanță de cercetare a unui număr mare de programe din diferite domenii de aplicare arată că există o schimbare clară spre utilizarea frecvențelor într-un mic set de comenzi simple. Acest fapt a fost baza pentru dezvoltarea unei abordări în care o multitudine de comenzi este alocat un mic set de comenzi simple și în mod frecvent utilizate pentru a fi optimizate. Acesta este acum dezvoltat un număr de procesoare experimentale și industriale de probe, folosind principiul optimizării setului redus de comenzi. Impactul acestei abordări asupra progresului în domeniul de calcul de înaltă performanță de evaluare a nevoilor.

O altă rezervă este utilizată pentru a îmbunătăți eficiența procesorului, - o economie de timp la accesarea memoriei. Abordările convenționale sunt formate, în primul rând, să se extindă căile de acces în detrimentul modularizare de memorie, care poate face apel la

În cele din urmă, am ajuns la structura algoritmului prin care operează sistemul. La acest nivel, principala abordare pentru a îmbunătăți performanța este de a executa mai multe comenzi. Această abordare este diferită de cea realizată în mașină convențională von Neumann, atunci când comenzile sunt executate strict secvențial, unul după altul. abordare paralelă duce la diferite realizări ale arhitecturii în funcție de metoda, prin care prioritatea sarcina de comanda si control executarea lor. Paralelizare poate crește în mod semnificativ performanța sistemelor pentru o clasă largă de aplicații.

Aceste abordări se referă la hardware-ul, organizarea logică, și arhitectura sistemelor. Efortul petrecut în aceste zone sunt proiectate pentru a oferi software-ul necesar de accelerare de calcul și nivelul algoritmice. La acest nivel trebuie să fie utilizate sau limbaje de programare speciale, prevede mijloacele pentru descrierea explicită a paralelism, sau metode de identificare a paralelism în programele secvențiale. Mai mult, algoritmul trebuie să aibă o paralelă internă, caracteristicile corespunzătoare ale acestei arhitecturi. Folosind algoritmi de limbaj neadecvat și este capabil, practic, anulează posibilitățile de realizare de calcul de mare viteză, încorporate în arhitectură.

Multicalculator și sisteme informatice multiprocesor (complexe). Determinarea tipurilor de conexiuni și organizarea structurală. Caracteristici ale software-ului. Exemple de sisteme informatice interne și externe.

Tehnologia informatică în dezvoltarea de moduri de a crește performanța computerului aproape de limitele fizice. circuite electronice de comutare fracții de timp atinse de o nanosecundă și viteza de propagare a semnalelor în liniile de legătură între elementele și părți ale mașinii, este limitată la 30 cm / ns (viteza luminii). Prin urmare, o reducere suplimentară a timpului de comutare a circuitelor electronice nu îmbunătăți în mod semnificativ performanțele computerului. În aceste condiții, cerințele practicii (calcule fizice și tehnice complexe, modele economice și matematice multidimensionale și alte obiecte) pentru a spori și mai mult performanțele computerului pot fi îndeplinite numai prin extinderea principiului paralelismului de a face dispozitive de prelucrare a informațiilor și crearea de sisteme informatice multiprocesor (multiprocesor) multicalculator și. Astfel de sisteme permit paralelizare a timpului de execuție a programelor sau de execuție în paralel a mai multor programe.

În prezent, problema crucială de fiabilitate ridicată achiziționate și disponibilitatea sistemelor informatice care funcționează în diferite ACS si ACS, mai ales atunci când se lucrează în timp real. Această problemă este rezolvată prin utilizarea principiului redundanței care orientează și la sistemele multiprocesor multicalculator (complexe) clădiri sau. Apariția low-cost și de dimensiuni mici de microprocesoare și microcalculatoare mai ușor de a construi și de a extinde utilizarea multiprocesor și multicalculator BC pentru diferite scopuri

Diferența dintre conceptele și multi-masina de multi-Sun explică Figura 6.1. Multicalculator BC (MMS) conține un număr de calculatoare, fiecare dintre care are PO și care rulează sistemul de operare, precum și un mijloc de schimb de informații între mașini. Punerea în aplicare a schimbului de informații are loc, în cele din urmă, prin sistemele de reacție mașini care operează între ele. Acest lucru se deteriorează caracteristicile dinamice ale proceselor Intercomputer schimbul de date. Sistemele multicalculator de aplicare poate îmbunătăți fiabilitatea sistemelor informatice. În caz de refuz, în aceeași mașină de prelucrare poate continua un alt complex mașină. Cu toate acestea, se poate observa că, în acest caz, echipamentele complexe utilizate în mod ineficient în acest scop. Destul în sistemul prezentat în figura 6.1, și fiecare defecțiune calculator pe un dispozitiv (chiar de tipuri diferite), întregul sistem devine inutilizabil.

Sistemul multiprocesor Aceste dezavantaje sunt lipsite (MPS). În astfel de sisteme (fig. 6.1, b) procesatorii dobândesc statutul de agregate sistem computerizat obișnuit, care, la fel ca celelalte unități, cum ar fi module de memorie, canalele, dispozitivele periferice incluse în sistemul în cantitatea necesară.

Sistemul informatic este numit un multiprocesor în cazul în care conține mai multe procesoare care lucrează în general OP (memorie teren comun) și controlat printr-un sistem de operare comun. De multe ori, în UIP a organizat un câmp comun de memorie externă.

În conformitate cu domeniul general al dispozitivelor a însemnat corectitudine. Astfel, câmpul total de memorie indică faptul că toate modulele OP disponibile pentru toate procesoarele și canalele de intrare-ieșire (sau toate dispozitivele periferice în cazul avea o interfață comună); câmp comun ovc înseamnă că dispozitivele sale constitutive sunt accesibile pentru orice procesor și canal.

In MPS comparativ cu MMC se realizează un schimb mai rapid de informații între procesoare și productivitate, prin urmare, mai mare poate fi obținut, un răspuns mai rapid la situații întâlnite în cadrul sistemului și mediul său extern și fiabilitate mai mare și capacitatea de supraviețuire, deoarece sistemul rămâne operațional, dar viabil pentru cel puțin un modul al fiecărui tip de dispozitiv.

Sistemele multiprocesor sunt principala cale de a construi performanță ultrahigh soare. Stabilirea unei astfel de soare ridică mai multe probleme dificile, care în primul rând ar trebui să includă paralelizare a procesului de calcul (software) pentru procesoare de sistem eficient de încărcare depășirea conflictelor atunci când se încearcă o serie de procesoare de a utiliza resursa același sistem (de exemplu, unele modul de memorie) și reducerea impactul conflictului asupra performanței sistemului, punerea în aplicare a cheltuielilor de hardware de mare viteză rentabile pentru comunicații inter-module. Aceste aspecte trebuie luate în considerare la alegerea structurii MPS.

Pe baza multiprocesare și modularitate a altor dispozitive de sistem pot crea sisteme tolerante la erori, sau cu alte cuvinte, a crescut sisteme de supravieŃuire.

Cu toate acestea, construirea de sisteme multi-mașină de la calculatoarele disponibile comercial cu sistemele lor de operare standard este mult mai ușor decât construirea IPU necesită depășirea anumitor dificultăți întâmpinate în punerea în aplicare a domeniului general al memoriei, și, cel mai important, consumatoare de timp de dezvoltare a sistemului de operare speciale.

Sistemele multicalculator și multiprocesor pot fi omogene și eterogene. Sistemele omogeni conțin același tip de computere sau procesoare. Eterogena MMS este format din diferite tipuri de calculatoare, la fel ca în AMM eterogene folosind diferite procesoare specializate, cum ar fi procesoare pentru operațiunile cu virgulă mobilă, pentru procesarea numerelor zecimale, un procesor, implementează funcțiile sistemului de operare, procesorul pentru problemele de matrice și altele.

sistem multiprocesor și MMC pot avea un singur nivel ierarhic sau de structură (stratificat). De obicei, mașină mai puțin puternic (machine-to-satelit) preia informațiile de intrare de la diferite terminale și tratarea prealabilă a acestora, descărcarea acestor proceduri în vrac relativ simple, un computer mai puternic decât creșterea realizată în performanța generală (lățimea de bandă) a unui complex. Deoarece mașinile prin satelit folosesc mici sau micro-calculator.

O caracteristică importantă structurală a Forțelor Armate este considerată o modalitate de organizare a comunicării între sistemul de dispozitive (module). Aceasta afectează în mod direct viteza de schimb de informații între module, și, prin urmare, performanțele sistemului. viteza de răspuns la solicitările primite, care sunt adaptate la modificările de configurare, și în cele din urmă, dimensiunea cheltuielilor hardware pentru punerea în aplicare a comunicațiilor inter-module. În special, organizarea comunicațiilor inter-module depind de frecvența conflictelor la accesarea procesoare la aceleași resurse (în special module de memorie) și pierderea productivității din cauza conflictelor.

Următoarele moduri de organizare obligațiuni (mezhustroystvennyh) inter-module:

· Comunicarea regulată între module;

· Comunicare multi-nivel, ierarhia adecvată a interfețelor de calculator;

· Module multi-input (în special, module de memorie);

· Comutarea conexiunilor inter-module ( "Elbrus" Figura 6.2);

· Autobuz comune ( "CMS Calculatoare" Figura 6.3).

Principiile de organizare a Ministerului Căilor Ferate și MMC diferă semnificativ în funcție de destinația lor. Prin urmare, este recomandabil să se facă distincția între:

· Soare, orientate în primul rând la obținerea de performanțe ultra înaltă;

· Soare, orientate în primul rând îmbunătățirea fiabilității și capacității de supraviețuire.