Классификация вычислительных систем

По степени территориальной разобщенности вычислительных моду-лей ВС делятся на системы совмещенного (сосредоточенного) и распреде-ленного (разобщенного) типов. Обычно такое деление касается только ММС. Многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа. Бо-лее того, учитывая успехи микроэлектроники, это совмещение может быть очень глубоким. При появлении новых сверхбольших интегральных схем (СБИС) появляется возможность иметь в одном кристалле несколько парал-лельно работающих процессоров.

Совмещенные и распределенные ММС сильно различаются оператив-ностью взаимодействия в зависимости от удаленности ЭВМ. Время передачи информации между соседними ЭВМ, соединенными простым кабелем, мо-жет быть много меньше времени передачи данных по каналам связи. Как правило, все выпускаемые в мире ЭВМ имеют средства прямого взаимодейс-твия и средства подключения к сетям ЭВМ. Для ПЭВМ такими средствами являются нуль-модемы, модемы и сетевые карты как элементы техники свя-зи.

По методам управления элементами ВС различают централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением. Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимо выделять ре-сурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизован-ных за это отвечает главная, или диспетчерская, ЭВМ (процессор). Ее зада-чей являются распределение нагрузки между элементами, выделение ресур-сов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централи-зованный орган управления в системе может быть жестко фиксирован или эти функции могут передаваться другой ЭВМ (процессору), что способствует повышению надежности системы. Централизованные системы имеют более простые ОС. В децентрализованных функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет извест-ную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанав-ливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ интерес к децентрализованным системам постоянно растет. В си-стемах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизо-ванного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закрепле-нием функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статичес-кого или динамического размещения программных модулей и массивов дан-ных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функцио-нирования.

По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют ре-жим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ог-раничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую сте-пень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных. Наиболь-ший интерес у исследователей всех рангов (проектировщиков, аналитиков и пользователей) вызывают структурные признаки ВС. От того, насколько структура ВС соответствует структуре решаемых на этой системе задач, за-висит эффективность применения ЭВМ в целом. Структурные признаки, в свою очередь, отличаются многообразием: топология управляющих и инфор-мационных связей между элементами системы, способность системы к пере-стройке и перераспределению функций, иерархия уровней взаимодействия элементов. В наибольшей степени структурные характеристики определяют-ся архитектурой системы.

Структурная организация ВС

Упрощенная схема вычислительного процесса может быть описана сле-дующим образом. По указанию устройства управления (УУ) управляющая информационная (команда) считывает из запоминающего устройства, пере-дается в УУ и расшифровывается. Она определяет, какая операция и над ка-кими данными должна выполняться в АЛУ. Получив соответствующие ука-зания и адреса, запоминающее устройство выдает требуемые числа в АЛУ, где они преобразуются. Результаты обработки пересылаются в ОЗУ на хране-ние. Окончательная результатная информация из ОЗУ с помощью устройств вывода поступает на дисплей, печатающее устройство или на машинный но-ситель.

Вычислительные системы имеют многоуровневую информационную организацию (рис.2).

На I уровне системы располагаются ЦП, в состав которых входят АЛУ, центральные устройства управления и внутренняя память процессоров (иногда сверхоперативная память СОП). Процессоров может быть несколько. Они могут быть универсальными и специализированными и отличаться своими функциональными возможностями. На этом же уровне находятся модули ОЗУ.

II уровень составляют процессоры ввода-вывода (каналы ввода - вывода), которые предназначены для выполнения операций ввода – вывода и обеспечивают все двусторонние связи между ОП и процессором, с одной стороны, и множеством различных периферийных устройств – с другой. Каналы ввода – вывода позволяют осуществлять параллельную работу высокоскоростного ЦП и сравнительно медленно действующих устройств ввода – вывода с различными техническими характеристиками. Благодаря такому построению исключает «жесткое» подключение периферийных устройств к ЦП. Канал ввода–вывода представляет собой самостоятельное в логическом отношении устройство, работающее по собственной программе, хранимой в памяти машины.

Каналы ввода – вывода универсальных ВС в зависимости от пропускной способности канала, режима его работы и характеристик подключаемых периферийных устройств делятся на быстрые (селектор- ные - КС) и медленные (мультиплексные – КМ).

Селекторный канал обладает высокой пропускной способностью и управляет обменом информации с ВЗУ. Этот канал позволяет только одному из присоединенных к нему устройств ввода – вывода осуществлять в данный момент операцию ввода – вывода.

Мультиплексный канал обеспечивает связь медленнодействующих устройств ввода–вывода с ЦП и допускает параллельное подключение нескольких устройств. Этот канал включает в свой состав несколько подканалов и может одновременно выполнять по одной операции в каждом подканале. Подканалом являются средства канала, необходимые для осуществления операции ввода – вывода и связи с одним периферийным устройством. Информационные магистрали канала, по которым происходит обмен информацией, попеременно обслуживаются параллельно работающими устройствами ввода – вывода. Устройства ввода – вывода подключается к каналу на короткое время, необходимое для передачи или приема информации. Адаптер «канал – канал» предназначен для обмена информацией между процессорами и различными модулями ОП и обеспечивает создание МПС или ММС вычислительного комплекса.

На III уровне находятся интерфейс ввода – вывода (устройство сопряжения) и УУВУ. Связь ЦП с внешними устройствами как через селекторный, так и через мультиплексный каналы выполняется по универсальному стандартному принципу, заключающемуся в наличии определенного набора сигналов и одной и той же временной диаграммы взаимодействия для всех внешних устройств независимо от их типа. Благодаря наличию стандартного сопряжения последовательность управляющих сигналов одинакова для всех устройств, связанных с одним каналом.

 Скачать реферат