Лекция 2. архитектурные особенности вычислительных систем различных классов.

Первые компьютеры (автоматические электронные вычислительные машины с программным управлением) были созданы в конце 40-х годов XX века и использовались только для вычислительной обработки информации. По мере развития компьютеры существенно уменьшились в размерах, обросли дополнительным оборудованием, необходимым для их эффективного использования.

В 70-х годах компьютеры из вычислительных машин сначала превратились в вычислительные системы, а затем в информационно-вычислительные системы. В табл. показана эволюция технологий использования компьютерных систем.

Параметр Этапы развития технологии
50-е годы 60-е годы 70-е годы 80-е годы Настоящее время
Цель использования компьютера (преимущественно) Научно-технические расчеты Технические и экономические расчеты Управление и экономические расчеты Управление, предоставление информации Телекоммуникации, информационное обслуживание и управление
Режим работы компьютера Однопрограммный Пакетная обработка Разделение времени Персональная работа Сетевая обработка
Интеграция данных Низкая Средняя Высокая Очень высокая Сверхвысокая
Расположение пользователя Машинный зал Отдельное помещение Терминальный зал Рабочий стол Произвольное мобильное
Тип пользователя Инженеры-программисты Профессиональные программисты Программисты Пользователи с общей компьютерной подготовкой Малообученные пользователи
Тип диалога Работа за пультом компьютера Обмен перфо-носителями и машинограммами Интерактивный (через клавиатуру и экран) Интерактивный с жестким меню Интерактивный экранный типа «вопрос — ответ»

Как видно из таблицы, в настоящее время основные цели использования компьютеров — информационное обслуживание и управление, сейчас вычислительные машины и системы- по существу выполняют функции информационно-вычислительных систем.

Вычислительная система— это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов. В вычислительной системе компьютер может быть один, но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием. Стоимость периферийного оборудования часто во много раз превосходит стоимость компьютера.

В качестве распространенного примера одномашинной ВС можно привести систему телеобработки информации. Но все же классическим вариантом ВС является многомашинный и многопроцессорный варианты.

Создание ВС преследует следующие основные цели:

  • Повышение производительностисистемы за счет ускорения процессов обработки данных;
  • Повышение надежности идостоверности вычислений;
  • Предоставление пользователямдополнительных сервисных услуг.

Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

  • возможность работы в разныхрежимах;
  • модульность структурытехнических и программных средств — возможность совершенствовать имодернизировать вычислительные системы без коренных переделок;
  • унификация и стандартизациятехнических и программных решений:
  • иерархия в организацииуправления процессами;
  • способность систем к адаптации,самонастройке и самоорганизации;
  • обеспечение необходимымсервисом пользователей при выполнении вычислений.

Классифицируют ВС по:

  • целевому назначению ивыполняемым функциям;
  • типам и числу компьютеров илипроцессоров;
  • архитектуре системы;
  • режимам работы;
  • методам управления элементамисистемы;
  • степени разобщенности элементовВС.

Рассмотрим укрупненную схему компьютера:

1. Процессор(центральный процессор) — основной вычислительный блок компьютера, содержит важнейшие функциональные устройства:

  • устройство управления с интерфейсом процессора(системой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);
  • арифметико-логическоеустройство;
  • процессорную память.

Процессор, по существу, является устройством, выполняющим все функции элементарной вычислительной машины.

2. Оперативная память— запоминающее устройство, используемое для оперативного хранения и обмена информацией с другими узлами машины.

3. Каналы связи(внутримашинный интерфейс) служат для сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устройствами;

4. Внешние устройстваобеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими машинами. В состав внешних устройств обязательно входят внешняя память и устройства ввода-вывода.

Вычислительная система может строиться на основе целых компьютеров — многомашинная ВС,либо отдельных процессоров —многопроцессорная ВС.

Вычислительные системы бывают:

  • однородные;
  • неоднородные.

Однородная ВС строится на основе однотипных компьютеров или процессоров, позволяет использовать стандартные наборы программных средств, типовые протоколы (процедуры) сопряжения устройств. Их организация значительно проще, облегчается обслуживание систем и их модернизация.

Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание и обслуживание таких систем.

Вычислительные системы работают в:

  • оперативном режиме (on-line);
  • неоперативном режиме (off-line).

Оперативные системы функционируют в реальном масштабе времени, в них реализуется оперативный режим обмена информацией — ответы на запросы поступают незамедлительно. В неоперативных ВС допускается режим «отложенного ответа», когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой (иногда даже в следующем сеансе работы системы).

Различают ВС с централизованным и децентрализованным управлением. В первом случае управление выполняет выделенный компьютер или процессор, во втором — эти компоненты равноправны и могут брать управление на себя.

Кроме того, ВС могут быть:

  • территориально-сосредоточенными (все компоненты размещены внепосредственной близости друг от друга);
  • распределенными (компоненты могут располагатьсяна значительном расстоянии, например, вычислительные сети);
  • структурно одноуровневыми (имеется лишь один общийуровень обработки данных);
  • многоуровневыми (иерархическими) структурами. Виерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровнямобработки информации, некоторые машины (процессоры) могутспециализироваться на выполнении определенных функций.

Наконец, ВС делятся на:

Лекция 2: Принципы построения параллельных вычислительных систем


admin