Классификация вычислительных систем
2
УУВУ обеспечивает управление периферийными устройствами через се-лекторные (быстрые) и мультиплексные (медленные) каналы ввода-вывода. УУВУ бывают одиночные (управляющие работой одного внешнего устройс-тва) и групповые (обсуживающие несколько однотипных внешних устройств, причем в каждый момент времени они обслуживают лишь одно внешнее ус-тройство).
Периферийные устройства, такие как внешние запоминающие ус-тройства (ВЗУ), обеспечивают хранение больших массивов информации. Наиболее широкое распространение получили ВЗУ на магнитных носителях (лентах и дисках).
Классификация вычислительных систем
В настоящее время накоплен большой практический опыт в разработке и использовании ВС самого разнообразного применения. Эти системы очень сильно отличаются друг от друга своими возможностями и характеристика-ми. Существует большое количество признаков, по которым классифициру-ют ВС: по целевому назначению и выполняемым функциям, по типам и чис-лу ЭВМ или процессоров, по архитектуре системы, режимам работы, мето-дам управления элементами системы, степени разобщенности элементов ВС и др. Однако основными из них являются признаки структурной и функцио-нальной организации ВС.
По назначению ВС делят на универсальные, проблемно-ориентирован-ные и специализированные. Универсальные предназначаются для решения широкого класса задач. Проблемно-ориентированные используются для ре-шения определенного круга задач в сравнительно узкой сфере. Специализи-рованные ориентированы на решение узкого класса задач. Специализация ВС может устанавливаться различными средствами:
• во-первых, сама структура системы (количество параллельно работающих элементов, связи между ними и т.д.) может быть ориентирована на опреде-ленные виды обработки информации: матричные вычисления, решение алге-браических, дифференциальных и интегральных уравнений и т.п. Практика разработки ВС типа суперЭВМ показала, чем выше их производительность, тем уже класс эффективно решаемых ими задач;
• во-вторых, специализация ВС может закладываться включением в их состав специального оборудования и специальных пакетов обслуживания техники.
По типу ВС различаются на многомашинные и многопроцессорные. Многомашинные (ММС) появились исторически первыми. Уже при ис-пользовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения произво-дительности, надежности и достоверности вычислений. Для этих целей ис-пользовали комплекс машин, схематически показанный на рис.1а. Положе-ния 1 и 3 электронного ключа (ЭК) обеспечивало режим повышенной надеж-ности. При этом одна из машин выполняла вычисления, а другая находилась в “горячем” или “холодном” резерве, т.е. в готовности заменить основную ЭВМ. Положение 2 ЭК соответствовало случаю, когда обе машины обеспе-чивали параллельный режим вычислений. Здесь возможны две ситуации:
а) обе машины решают одну и ту же задачу и периодически сверяют резуль-таты решения. Тем самым обеспечивался режим повышенной достоверности, уменьшалась вероятность появления ошибок в результатах вычислений;
б) обе машины работают параллельно, но обрабатывают собственные потоки заданий. Возможность обмена информацией между машинами сохраняется. Этот вид работы относится к режиму повышенной производительности. Она широко используется в практике организации работ на крупных вычисли-тельных центрах, оснащенных несколькими ЭВМ высокой производитель-ности. Схема, представленная на рис.1a, была неоднократно повторена в различных модификациях при проектировании разнообразных специализи-рованных ММС. Основные различия ММС заключаются, как правило, в ор-ганизации 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 специ-альное периферийное оборудование. В зависимости от территориальной разоб-щенности ЭВМ и используемых средств сопряжения обеспечивается различная оперативностьих информационного взаимодействия. 
Многопроцессорные (МПС) строятся при комплексировании нескольких про-цессоров (рис.1б). В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память (ООП). Параллельная работа процессоров и использование ООП обеспечиваются под управлением еди-ной общей операционной системы. По
сравнению с ММС здесь достигается Рис. 1. Типы ВС: а – многомашин-
наивысшая оперативность взаимодейст- ные комплексы; б – многопроцес-
вия вычислителей-процессоров. сорные системы.
Многие исследователи считают,
что использование МПС является основным магистральным путем развития вычислительной техники новых поколений. Однако МПС имеют и сущест-
венные недостатки. Они в первую очередь связаны с использованием ресур-сов общей оперативной памяти. При большом количестве комплексируемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, когда нес-колько процессоров обращаются с операциями типа “чтение” и “запись” к одним и тем же областям памяти. Помимо процессоров к ООП подключают-ся все каналы (процессоры ввода-вывода), средства измерения времени и т.д. Поэтому вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммута-ции абонентов и доступа их к ООП. От того, насколько удачно решаются эти проблемы, и зависит эффективность применения МПС. Это решение обеспе-чивается аппаратурно-программными средствами. Процедуры взаимодейст-вия очень сильно усложняют структуру ОС МПС. Накопленный опыт пост-роения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе комплексируемых процессоров (2,4 до 10).
По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, раз-личают однородные и неоднородные системы. Однородные предполагают комплексирование однотипных ЭВМ (процессоров), неоднородные – разно-типных. В однородных системах значительно упрощаются разработка и об-служивание технических и программных (в основном ОС) средств. В них обеспечивается возможность стандартизации и унификации соединений и процедур взаимодействия элементов системы. Упрощается обслуживание систем, облегчаются модернизация и их развитие. Вместе с тем существуют и неоднородные ВС, в которых комплексируемые элементы очень сильно от-личаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Обыч-но это связано с необходимостью параллельного выполнения многофункцио-нальной обработки. Так, при построении ММС, обслуживающих каналы свя-зи, целесообразно объединять в комплекс связанные, коммуникационные ма-шины и машины обработки данных. В таких системах коммуникационные ЭВМ выполняют функции связи, контроля получаемой и передаваемой ин-формации, формирования пакетов задач и т.д. ЭВМ обработки данных не за-нимаются не свойственными им работами по обеспечению взаимодействия в сети, а все их ресурсы переключаются на обработку данных. Неоднородные системы находят применение и в МПС. Многие ЭВМ, в том числе и ПЭВМ, могут использовать сопроцессоры: десятичной арифметики, матричные и т.п.
Скачать реферат