Лк 1 Понятия, задачи и методы внутрифирм.планирования

Классификация вычислительных систем по типу строения памяти

Классификация по степени однородности

Классификация по типу коммуникационной сети.

Классификация по типу строения оперативной памяти.

Классификация Флина.

Производительность параллельных вычислительных систем

Многопроцессорные системы (МIMD системы). Вычислительные кластеры

Многопроцессорные системы (МIMD системы)

Векторно-конвейерные алгоритмы и векторно-параллельные (SIMD системы)

Классификация параллельных вычислительных систем

АРХИТЕКТУРА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

ЛЕКЦИЯ 1. Основные классы параллельных вычислительных систем

1. Под архитектурой вычислительной системы понимаются абстрактное представление ЭВМ с точки зрения программиста. Полное описание архитектуры системы включает в себя:

· основные форматы представления данных;

· способы адресации данных в программе;

· состав аппаратных средств вычислительной машины, характеристики этих средств, принципы организации вычислительного процесса.

В курсе рассматриваются только последние аспекты архитектуры вычислительной системы.

Структуру вычислительной системы можно определить как совокупность аппаратных средств ЭВМ с указанием основных связей между ними.

Имеется много различных классификаций вычислительных систем. Рассмотрим наиболее часто используемые классификации.

Наибольшее распространение получила классификация вычислительных систем, предложенная в 1966 г. профессором Стенфордского университета М.Д.Флином (M.J.Flynn) - классификация Флина. Эта классификация охватывает только два классификационных признака – тип потока команд и тип потока данных (см. Рис.1, 2).

Рис. 1. К классификации Флина. Классификация по типу потока команд.

В одиночном потоке команд в один момент времени может выполняться только одна команда. В этом случае эта единственная команда определяет в данный момент времени работу всех или, по крайней мере, многих устройств вычислительной системы.

Во множественном потоке команд в один момент времени может выполняться много команд. В этом случае каждая из таких команд определяет в данный момент времени работу только одного или лишь нескольких (но не всех) устройств вычислительной системы.

В одиночном потоке последовательно выполняются отдельные команды, во множественном потоке – группы команд.

Рис. 2. К классификации Флина. Классификация по типу потока данных.

Одиночный поток данных обязательно предполагает наличие в вычислительной системе только одного устройства оперативной памяти и одного процессора. Однако при этом процессор может быть как угодно сложным, так что процесс обработки каждой единицы информации в потоке может требовать выполнения многих команд.

Множественный поток данных состоит из многих зависимых или независимых одиночных потоков данных.

В соответствии со сказанным, все вычислительные системы делятся на четыре типа:

· SISD (ОКОД);

· MISD (МКОД);

· SIMD (ОКМД);

· MIMD (МКМД).

Вычислительная система SISD представляет собой классическую однопроцессорную ЭВМ фон-неймановской архитектуры.

На вычислительную системы MISD существуют различные точки зрения. По одно них – за всю историю развития вычислительной техники системы MISD не были созданы. По другой точке зрения (менее распространенной, чем первая) к MISD-системам относятся векторно-конвейерные вычислительные системы. Мы будем придерживаться первой точки зрения.

Вычислительная система SIMD содержит много процессоров, которые синхронно (как правило) выполняют одну и ту же команду над разными данными. Системы SIMD делятся на два больших класса:

· векторно-конвейерные вычислительные системы;

· векторно-параллельные вычислительные системы или матричные вычислительные системы.

Вычислительная система MIMD содержит много процессоров, которые (как правило, асинхронно) выполняют разные команды над разными данными. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD (по крайней мере, на верхнем уровне иерархии). Системы MIMD часто называют многопроцессорными системами. Детально классификация этих систем рассмотрена в параграфе 3.

Рассмотренная классификации Флина позволяет по принадлежности компьютера к классу SIMD или MIMD сделать сразу понятным базовый принцип его работы. Часто этого бывает достаточно. Недостатком классификации Флина является "переполненность" класс MIMD.

По типу строения оперативной памяти системы разделяются на системы с общей (разделяемой) памятью, системы с распределенной памятью и системы с физически распределенной, а логически общедоступной памятью (гибридные системы).

В вычислительных системах с общей памятью (Common Memory Systems или Shared Memory Systems) значение, записанное в память одним из процессоров, напрямую доступно для другого процессора. Общая память обычно имеет высокую пропускную способность памяти (bandwidth) и низкую латентность памяти (latency) при передачи информации между процессорами, но при условии, что не происходит одновременного обращения нескольких процессоров к одному и тому же элементу памяти. К общей памяти доступ разных процессорами системы осуществляется, как правило, за одинаковое время. Поэтому такая память называется еще UMA-памятью (Unified Memory Access) — памятью с одинаковым временем доступа. Система с такой памятью носит название вычислительной системы с одинаковым временем доступа к памяти. Системы с общей памятью называются также сильносвязанными вычислительными системами.

В вычислительных системах с распределенной памятью (Distributed Memory Systems) каждый процессор имеет свою локальную память с локальным адресным пространством. Для систем с распределенной памятью характерно наличие большого числа быстрых каналов, которые связывают отдельные части этой памяти с отдельными процессорами. Обмен информацией между частями распределенной памяти осуществляется обычно относительно медленно. Системы с распределенной памятью называются также слабосвязанными вычислительными системами.

Вычислительные системы с гибридной памятью - (Non-Uniform Memory Access Systems) имеют память, которая физически распределена по различным частям системы, но логически разделяема (образует единое адресное пространство). Такая память называется еще логически общей (разделяемой) памятью (logically shared memory). В отличие от UMA-систем, в NUMA-системах время доступа к различным частям оперативной памяти различно.

Заметим, что память современных параллельных систем является многоуровневой, иерархической, что порождает проблему ее когерентности.

Классификация параллельных вычислительных систем по типу коммуникационной сети рассмотрена в следующем параграфе. Заметим лишь, что по количеству уровней иерархии коммуникационной среды различают системы с одноуровневой коммутационной сетью (один уровень коммутации) и системы с иерархической коммутационной сетью (когда группы процессоров объединены с помощью одной системы коммутации, а внутри каждой группы используется другая).

По степени однородности различают однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные) вычислительные системы. Обычно при этом имеется в виду тип используемых процессоров.

В однородных вычислительных системах (гомогенных вычислительных системах) используются одинаковые процессоры, в неоднородных вычислительных системах (гетерогенных вычислительных системах) – процессоры различных типов. Вычислительная система, содержащая какой-либо специализированный вычислитель (например, Фурье-процессор), относится к классу неоднородных вычислительных систем.

В настоящее время большинство высокопроизводительных систем относятся к классу однородных систем с общей памятью или к классу однородных систем с распределенной памятью.

Рассмотренные классификационные признаки параллельных вычислительных систем не исчерпывают всех возможных их характеристик. Существует, например, еще разделение систем по степени согласованности режимов работы (синхронные и асинхронные вычислительные системы), по способу обработки (с пословной обработкой и ассоциативные вычислительные системы), по жесткости структуры (системы с фиксированной структурой и системы с перестраиваемой структурой), по управляющему потоку (системы потока команд -instruction flow и системы потока данных — data flow) и т.п.

Современные высокопроизводительные системы имеют, как правило, иерархическую структуру. Например, на верхнем уровне иерархии система относится к классу MIMD, каждый процессор которой представляет собой систему MIMD или систему SIMD.

Отметим также тенденцию к построению распределенных систем с программируемой структурой. В таких системах нет общего ресурса, отказ которого приводил бы к отказу системы в целом – средства управления, обработки и хранения информации распределены по составным частям системы. Такие системы обладают способностью автоматически реконфигурироваться в случае выхода из строя отдельных их частей. Средства реконфигурирования позволяют также программно перестроить систему с целью повышения эффективности решения на этой системе данной задачи или класса задач.

Перечислите классификационные признаки, используемые в классификации вычислительных систем Флина, а также типы вычислительных систем по этой классификации.

Ответ

Классификации Флина охватывает только два классификационных признака – тип потока команд и тип потока данных.

В одиночном потоке команд в один момент времени может выполняться только одна команда. В этом случае эта единственная команда определяет в данный момент времени работу всех или, по крайней мере, многих устройств вычислительной системы.

Во множественном потоке команд в один момент времени может выполняться много команд. В этом случае каждая из таких команд определяет в данный момент времени работу только одного или лишь нескольких (но не всех) устройств вычислительной системы.

Одиночный поток данных обязательно предполагает наличие в вычислительной системе только одного устройства оперативной памяти и одного процессора. Однако при этом процессор может быть как угодно сложным, так что процесс обработки каждой единицы информации в потоке может требовать выполнения многих команд.

Множественный поток данных состоит из многих зависимых или независимых одиночных потоков данных.

В соответствии с классификацией Флина различают следующие четыре класса вычислительных система: SISD (ОКОД); MISD (МКОД); SIMD (ОКМД); MIMD(МКМД).

SISD-система представляет собой классическую однопроцессорную ЭВМ фон неймановской архитектуры.

На MISD-систему существуют различные точки зрения. По одно них – за всю историю развития вычислительной техники MISD-системы не были созданы. По другой точке зрения (менее распространенной, чем первая) к MISD-системам относятся векторно-конвейерные вычислительные системы.

SIMD-система содержит много процессоров, которые синхронно (как правило) выполняют одну и ту же команду над разными данными. SIMD-системы делятся на два больших класса: векторно-конвейерные вычислительные системы; векторно-параллельные вычислительные системы.

MIMD-система содержит много процессоров, которые (как правило, асинхронно) выполняют разные команды над разными данными. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD (по крайней мере, на верхнем уровне иерархии). MIMD-системы часто называют многопроцессорными системами.

Назовите три основных класса параллельных вычислительных систем в зависимости от типа строения их оперативной памяти.

Ответ

По типу строения оперативной памяти системы разделяются на следующие классы: вычислительные системы с общей памятью; вычислительные системы с распределенной памятью; системы с физически распределенной, а логически общедоступной памятью (гибридные системы).

1) В вычислительных системах с общей памятью (Common Memory Systems или Shared Memory Systems) значение, записанное в память одним из процессоров, напрямую доступно для другого процессора. Общая память обычно имеет высокую пропускную способность памяти (bandwidth) и низкую латентность памяти (latency) при передачи информации между процессорами, но при условии, что не происходит одновременного обращения нескольких процессоров к одному и тому же элементу памяти. К общей памяти доступ разных процессорами системы осуществляется, как правило, за одинаковое время. Поэтому такая память называется еще UMA–память (Unified Memory Access) — памятью с одинаковым временем доступа. Системы с такой памятью называются UMA-системами. Системы с общей памятью называются также сильносвязанными системами. Вычислительные системы с общей памятью Вычислительные системы с общей памятью называются мультипроцессорными вычислительными системами или мультипроцессорами.

2) В системах с распределенной памятью (Distributed Memory Systems) каждый процессор имеет свою локальную память с локальным адресным пространством. Для систем с распределенной памятью характерно наличие большого числа быстрых каналов, которые связывают отдельные части этой памяти с отдельными процессорами. Обмен информацией между частями распределенной памяти осуществляется обычно относительно медленно. Системы с распределенной памятью называются также слабосвязанными системами. Вычислительные системы с распределенной памятью называются мультикомпьютерными вычислительными системами или мультикомпьютерами.

3) Системы с гибридной памятью - NUMA-системы (Non-Uniform Memory Access Systems) имеют память, которая физически распределена по различным частям системы, но логически разделяема (образует единое адресное пространство). Такая память называется еще логически общей (разделяемой) памятью (logically shared memory). В отличие от UMA-систем, в NUMA-системах время доступа к различным частям оперативной памяти различно.

(1) Сущность, предмет и методы внутрифирм.планирования.

планирование является одной из важных функций управления предприятиями и ориентируется наданных прошлых периодов, но стремится определить и контролтровать развитие предприятия в перспективе.

Планирование – это стадия процесса управления на котором определяются цели деятельности, необходимые для этого средства, а также разрабатываются наиболее эффективные способы достижения этих целей.

Существуют 2 подхода к пониманию сущности планирования: широкий и узкий

В широком понимании планирование состоит в принятии комплекса решений относящихся к будущим событиям.(выработка стратегии деятельности предприятия, постановка целей и задач развития предприятия, распределение и перераспределение ресурсов предприятия и т.д.)

В узком смысле планирование сводится к составлению специальных документов – планов, определяющих конкретные действия по осуществлению принятых решений.

Планирование определяет цели предприятия сф.сервиса на перспективу, способы их реализации, ресурсное обеспечение и контроль за достижение поставленных целей.

Целями предприятия сф.сервиса, как эконом.организации, является удовлетворение потребностей клиентов в различного рода У и извлечении прибыли (может быть конкретными). Для реализации поставленных целей предприятия используются различные способы, к которым относится: рац.организация процессов выполнения У и обслуживания клиентов, использование программных форм обслуживания и мотивации труда персонала, организация систем управления качеством У и продукции, обеспечение повышения технического уровня У и т.д.

Достижение максимальной прибыли возможно 2 путями:1) за счет эконом.использования имеющихся ресурсов; 2) за счет приращения использованного капитала.

Кроме того планирования призвано обеспечить производство необходимыми экон.ресурсами, а также способствовать их полной занятости.

Реализация данной цели предпологает решение след.задач: 1) предвидение вероятных рыночных тенденций->корректировка производственной программы развития; 2) исследование требований потребителя и ориентирование произв.программы на клиента; 3) более выс.качество продукции; 4) непрерывное повышение эффективности производства на основе кооперации и специализации; 5) выявление и мобилизация внутр.ресурсов производства; 6) применение необх.эконом.тхнологий и оборудования; 7) согласование действий с поставщикаи, потребителями и посредниками предприятий и направление этих действий на достижение взаимовыгоды.

Контроль за достижениями поставленных целей предрпологает сравнение фактически достигнутых и планированных показателей финн-экон.деятельности предприятий, которые представляют собой комплекс взаимосвязанных эконом.и и информац.переметров, отражаемых цели, задачи плана и различные стороны деятельности предприятия. Данные показатели должны отражать отраслевую специфику.

Планирование – это непрерывный процесс, который выполняет ряд функций: 1) ориентирует руководителей на перспективное мышление; 2) способствует согласованию целей и задач предприятия в целом и его структурных подразделений; 3) обеспечивает координацию действий руководителей различных уровней и функц.областей менеджмента; 4) устанавливает перспективные показатели хоз-фин.деятельности предприятия и обеспечит контроль за их выполнение; 5) позволяет оценить экон.капитал предприятия и разработать меры по его выполнению; 6) позволяет предприятию адекватно реагировать на изменения во внеш.среде; 7) выявляет сильные и слабые стороны деятельности предприятия; 8) делает работу предприятия более эффективной и систематизированной.

Предметом планирования выступают ресурсы предприятия.

Планирование ресурсов предусматривает установление уровней расхода, направление и сроки использования, режим потребления и т.д.

Объектом планирования на предприятии является его деятельность, под которой понимается выполнение предприятием таких функций как хоз, эконом и соц.

Методом планирования является совокупность теоретических выводов, общих закономерностей, научных принципов, современных требований рынка и признанных мировой практикой методов разработки планов.

(2) Принципы и методы внутрифирменного планирования.

Планирование деятельности предприятия должно осуществляться согласнослед.принципам: 1) п-п единства – планирование необходимо осуществлять по вертикали и по горизонтили; 2) п-п непрерывности – планы должны быть взаимосвязанными и гибкими по отношению к экон.деятельности; 3) п-п гибкости – предпологает разработку альтернативных планов при выс.вероятности наступления того или иного собыьттия; 4) п-п конкретности и измеримости планов – предприятие в целом и каждое подразделение должно иметь четкие ориентиры для своей деятельности; 5) п-п временной ориентации – каждый план должен иметь строго определенные границы во времени; 6) п-п комплексности - планы должны отражать все стороны деятельности предприятия; 7) п-п обязательности исполнения – утвержденный план предприятия должен быть обязательным для всех сотрудников предприятия; 8) п-п полноты планирования – предполагает учет при принятии решений всех факторов влияющих на эффективность и реализацию текущего плана; 9) п-п ранжирования объектов планировании по их важности рац.использования ресурсов; 10) п-п эконом.обоснованности плана – проведение системного анализа, прогнозирования, оптимизации и эконом обоснования альтернативных вариантов; 11) п-п автоматизации систем планрования – применение современных технологий; 12) п-п участия и ответственности за разработку и выполнение плана; 13) п-п соц.ориентации плана – предусматриет не только ориентацию на тех., но и на решение эконом и соц проблем.

Формирование планов предприятий сф.С осуществляется с использованием различных методов, которые представляют собой конкретные способы и приемы экон.расчетов применяемых при разработке отдельных разделов и показателей плана, их координации и увязки.

В практике планирование деятельности предприятий сф.С может быть использованы след.методы: 1) балансовый – основывается на взаимной увязке ресурсов, которыми будет располагать организация и потребителей в этих ресурсах в рамках планового периода. Этот метод реализовывается через составление системы баланс – материально-вещественных, стоимостных и трудовых; 2) нормативный – основой плановых заданий на определенный период являются нормы затрат различных ресурсов на ед.продукции нормы и нормативы может быть натуральными, стоимостными и временными. 3) расчетно-аналитический основан на расчетах планирования показателей исходя из анализа достигнутого уровня показателей деятельности предприятия и планируемых темпов их изменения. Источниками информации при этом методе являются отчетные данные норм.справочный материал, сист.балансов и т.д.; 4) Экономико-материальный метод – предусматривает осуществление плановых расчетов на основе различного рода моделей.

Руководство работой по экон.планированию на предприятии осуществляет планово-эконом.отдел: 1) разработка структуры обязательных для предприятия планов и направления для их утверждения руковод.органам предприятия. 2) организация работы по составлению планов утвержденных руководством предприятия, подготовка материала по всем отделам предприятия. 3) составление технико-экон прогнозов по важным направлениям деятельности предприятия. 4) разработка норм-план документов для структурных подразделений. 5) согласование планов между всеми отделами предприятия. 6) контроль за выполнением планов предприятия.