Плани-конспекти з природознавства 2 клас

Модель коллектива вычислителей состоит из вычислительных модулей, каждый из которых представляет собой ЭВМ на основе одного вычислителя. Вычислительный модуль объединяется в единый коллектив с помощью модулей системного интерфейса.

Модель коллектива вычислителей

Модель одного вычислителя легла в основу ЭВМ 1-3 поколения. Модель одного вычислителя, одним из вариантов которого является модель на основе принципов, сформулированных Фон Нейманом, заключает в себя принципиальное ограничение при реализации ее в ЦВМ.

Принципы модели одного вычислителя:

1) последовательный принцип обработки;

2) фиксированность логической структуры;

3) конструктивная неоднородность.

Основной недостаток модели одного вычислителя заключается в наличии теоретического предела производительности вычислений, обусловленного конечной скоростью передачи информации между элементами модели при последовательном выполнении операций.

Модель коллектива вычислителей представляет собой формализацию процессов вычисления, которое выполняется коллективом вычислителей при решении сложной задачи. Такая задача представляется совокупностью подзадач при сохранении всех информационных связей между ними.

Каждая подзадача решается одним вычислителем, который при необходимости получения или передачи информации для других подзадач обменивается ей с другими вычислителями. Все вычислители работают одновременно, параллельно выполняя свои функции.

Таким образом, коллектив вычислителей отображается совокупностью вычислительных модулей, способных программно-аппаратным способом настраиваться на решение одной задачи, представленной параллельным алгоритмом (RISC, ПЛИС, НКС).

Модель коллектива вычислителей базируется на трех отличительных от используемых принципах построения вычислительных средств в традиционной вычислительной технике.

Принципы:

1) Параллельность

процесс обработки информации представляется в виде совокупности параллельно выполняемых частей вычислительного процесса

2) переменность

логическая структура вычислительных средств изменяется программным путем в соответствии со структурой решаемой задачи

3) модульность (однородность)

вычислительное средство не специализируется конструктивно, а представляется в виде совокупности одинаковых модулей, однотипным образом соединенных между собой.

Совокупность вычислительного модуля и модуля системного интерфейса называется элементарной машиной (ЭМ).

Модули системного интерфейса представляют собой программируемые коммутаторы каналов связи между отдельными ЭВМ. Кроме того, модули системного интерфейса реализуют некоторый набор общепринятых операций, обеспечивающих как синхронные, так и асинхронные вычислительные процессы и позволяющих набору элементарной машины работать в качестве единой системы.

Функционально полный набор системных операций включает в себя различные виды обмена информацией между ЭМ и обобщенными условными переходами.

Структура модели коллектива вычислителей определяется типами обменных взаимодействий между вычислителями. Различают четыре типа взаимодействия:

1) трансляционный

2) конвейерный

3) парный

4) одинарный

Решение общей сложной задачи с помощью коллектива вычислителей возможно, если предусмотрен обмен между любыми вычислителями. Такая возможность обеспечивается, если использовать один из первых трех типов обменов в сочетании с одинарным обменом.

Характеристики обменов

Сложность схемы (число ребер)	Число одновременных обменов	Число различных слов передачи
	n	n
k	n	n	n/2
n	n(n-1)/2	n/2	n/2

Модель коллектива вычислителей может быть задана в виде четверки <M, N, S, A>,

где M - множество вычислителей, где каждый вычислитель m_i - есть реализация универсальной алгоритмической системы, принятой в качестве основы построения обычных ЭВМ.

N - множество схем обменных взаимодействий

S - {Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф₄} - фазы работы модели коллектива вычислителей

A - алгоритм работы модели.

Последовательность выполнения фаз можно представить:

Фаза Ф₁ связана заданием построения схемы обменных взаимодействий. На ней задается схема взаимодействия всех фаз, т.е. определяется структурная модель коллектива вычислителей, связанных между собой.

Ф₂ связана с параллельным выполнением вычислений подзадач отдельными вычислителями

Ф₃ определяет реализацию функции управления модели коллектива вычислителей. На этой фазе определяется момент завершения самостоятельных вычислений всеми вычислителями и осуществляется переход по выработанному всеми вычислителями условию к новому циклу совместных вычислений.

Ф₄ связана с реализацией обменных взаимодействий между вычислителями

Полное время работы модели определяется длительностью фазы Ф₂ и зависит от продолжительности работ вычислителя:

Модель коллектива вычислителей может быть описана решетчатым графом, где вершины – замкнутый контур, а соединения – по матрице смежности.

Модель характеризуется следующими свойствами:

1) в предположении неограниченного наращивания числа вычислителей, является алгоритмически универсальной, структурно - универсальной и универсальной при реализации параллельных алгоритмов.

2) производительность модели прямо пропорционально производительности вычислителя и числу вычислителей, и неограниченно растет при неограниченном росте их числа.

3) модель является живучей, т.е. при выходе из строя отдельных вычислителей сохраняется работоспособность модели

4) сложность вычислительных средств, построенных с использованием модели коллектива вычислителей, не превышает сложности вычислительных средств на основе модели универсального вычислителя.