Многомашинные, многопроцессорные ассоциации

Достоинства и недостатки аппарата виртуальной страничной памяти

«+» Частичное решение проблемы фрагментации ОЗУ

«+» Организация защиты памяти, а также свопирования страниц

«-» Необходимость наличия в ЦП аппаратной таблицы значительных размеров

Существуют регистры процессора, где каждой виртуальной странице ставится в соответствие реальная физическая. В процессе выполнения программы при каждом обращении в память по какому-то виртуальному адресу по регистру приписки заменяется номер виртуальной страницы на соответствующую физическую, по адресу которой и будет обращение в память. Может произойти прерывание, происходит замена одного процесса на другой. Страницы будут откачены на внешнюю память (свопинг) и будут ждать нового обращения. После обработки прерываний происходит проверка закачены ли страницы обратно.

А теперь вернемся немного назад и рассмотрим основы взаимодействия в сети. Время одпроцессорных компьютеров потихоньку уходит. То есть те компьютеры, которые мы относим к категории однопроцессорных, на самом деле являются многопроцессорными. Помимо ЦП имеется много других элементов, которые выполняют те или иные специальные функции.(обработка видео, графическая и т.д.) Идеально однопроцессорная система сходит на нет. Для работы с современными прикладными задачами требуется либо наличие нескольких компьютеров, либо многопроцессорная архитектура.

Причины:

1) Мы живем в информационном обществе – интернет как сфера общения между людьми. Необходимо получать информацию извне.

2)Появления спектра задач, для решения которых не возможно применять подходы, которые применялись для однопроцессорных систем, или их сложность не позволяет решать их на одном процессоре, следовательно требуется параллельная архитектура

Существует много различных подходов классификации. Но не существует адекватной по состоянию на сегодняшний день классификации.

Поговорим о классификациях Флинна.

Есть поток управляющей информации – собственно команд (инструкций), и поток данных. Считаем потоки данных и команд независимыми (условно). Рассмотрим все возможные комбинации:

ОКОД (SISD – single instruction (одиночный поток команд), single data stream, (одиночный поток данных)) Традиционные компьютеры, которые мы называемоднопроцессорными. То есть для каждой команды одиночные порции операндов, которые будут обрабатываться.. Пример – классическая машина по Фон - Нейману.

ОКМД (SIMD – single instruction(одиночный поток команд), multiple data stream(множественный поток данных)) Для каждой команды порция данных (векторная или матричная обработка данных)

Можно разделить на две группы:

массивно – параллельные процессоры (существует набор процессоров, работающих одинаково с данными, например на всех выполняется сложение)

векторные процессоры (работают с данными как с вектором)

МКОД (MISD – multiple instruction(множественный поток команд), single data stream(одиночный поток данных)) – это вырожденная категория, считается, что ее нет. Т Т.о. эта категория пока не охваченная, и не понятно, как ее можно охватить, хотя есть интерпретации и этой категории, например, к ней иногда относят всякого рода параллельные специализированные графические системы, которые занимаются, предположим, распознаванием, то есть когда над одной порцией данных одновременно используются разные команды.

МКМД (MIMD - multiple instruction(множественный поток команд), multiple data stream(множественный поток данных)) Многомашинная осоциация.Некоторое количество процессорных элементов, каждый из которых обрабатывает свои данные.

MIMD - >=2 процессоров, имеющих свои устройства управления, каждый из которых может выполнить свою программу.

Системы с общей оперативной памятью Для всех процессорных элементов имеется общая оперативная память. Исполняемая программа берется из единого пространства, куда имеет доступ все процессоры. Любое слово памяти читается одновременно несколькими процессорами, следовательно необходима синхронизация чтения и записи.

С ростом числа процесоров рост производительности замедляется. И начиная с некоторого количества увеличивать число процессоров нет смысла.

UMA Каждый из процессорных элементов, входящих В систему имеет равные возможности и скорость доступа в ОП.

SMP Настроена на параллелизм. Имеют ограничения от аппаратной и от программной реализации – начиная с некоторого количества элементов возникают проблемы с синхронизацией.

NUMA Каждый процессорный элемент имеет локальную память (с быстрым к ней доступом) и нелокальную (долгий по времени доступ).Обеспечивается досткп ко всей ОП, но куда-то быстрее, куда-то медленнее. Формат данных не унифицирован.

Системы с распределенной оперативной памятью есть >= 2 процессорных элемента, каждый из которых имеет свою локальную оперативную память, к которой не имеет доступ другие процессоры.

COW Наиболее популярна на сегодняшний день многомашинная система, которая объединяет специальной быстрой сетью и предназначена для решения на этом комплексе тех или иных прикладных задач.

MPP Промышленное развитие кластеров.Используются спец. Средства коммуникации, более дорогиие и более специализированные.

Гетерогенные – системы объединяющие кластеры разных мощностей. Преимущества кластеров: 1) относительная дешевизна; 2) способность к расширению, увеличению мощностей.

Основная проблема высокопроизводительнах ЭВМ- отвод тепла. Сначала воздух, потом вода, потом энертные газы.