Лучшая оперативность взаимодействия вычислителей компьютеров или процессоров достигается в системах
Объем памяти отводящийся для работы в защищенном режиме.
По Вашему мнению, сколько слотов PCI на данной материнской плате?
Слот расширения PCI
В основном в локальных сетях используются:
Линии спутниковой связи ;
Линии телефонной связи ;
Укажите фирму производитель данной материнской платы:
Транзисторы являлись основным активным элементом:
+ второго поколения ЭВМ,
Аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения, называется …
Перед Вами некоторая структура данных, передаваемая по сети, ее длина не превышает 1518 байт, по Вашему мнению это:
+ возможны все три варианта ответа
это – кадр данных
Предмет информатики составляют такие понятия, как:
+средства вычислительной техники
ЭВМ Дж.В.Атанасова должна была обрабатывать числа длиной:
В качестве источников информатики обычно называют науки
Производительность работы компьютера (быстрота выполнения операций) зависит от:
быстроты нажатия на клавиши
На каком рисунке показан разъем предназначенный для подключения клавиатуры?:
Выход из строя одного компьютера не нарушит работоспособности сети ;
Поиск неисправности в сети затруднен ;
В случае обрыва кабеля нарушается работа всей сети ;
Кто создал первый персональный компьютер?
Устройство, управляющее работой интерфейса USB, – это …
В многомашинных вычислительных системах …
+ каждая из ЭВМ сохраняет возможность автономной работы и управляется собственной ОС
каждая из ЭВМ сохраняет возможность автономной работы, но все они управляются общей сетевой ОС
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено …
для считывания, записи и сохранения информации после выключения питания машины
+ для считывания и записи информации, после выключения питания машины эта информация пропадает
Компьютерные сети являются примером … вычислительных систем
Адресное пространство электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с 32-разрядной шиной адреса составляют … адресов
Сопоставляя понятия «адаптер» и «контроллер», можно утверждать, что …
+контроллер – это адаптер, способный к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы
адаптер – это контроллер, способный к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы
Внутренняя реализация программной модели процессора называется …
Основное назначение информационно-вычислительных сетей состоит в …
повышении производительности обработки данных
обеспечении сохранности и безопасности данных
Конеденсаторы на материнской плате используются для …
преобразования входного напряжения
Современные суперЭВМ могут обслуживать … рабочих станций
Модем, позволяющий использовать для передачи данных каналы кабельного телевидения, называется …
Информация, необходимая для загрузки операционной системы, хранится в …
Для подключения устройств к интерфейсу RS-232C используется …
Разрядность современных процессоров составляет …
Для установки современных процессоров Intel в IBM-совместимых персональных компьютерах используется тип слота …
Для установки современных видеоадаптеров используется слот …
Другое название интерфейса IEEE 1394 – …
Сопоставляя средства мультимедиа и диалоговые средства, можно утверждать, что …
+ средства мультимедиа к диалоговым средствам не относятся
это разные, совершенно несопоставимые группы технических средств некоторые (но не все) средства мультимедиа
При прокладке кабеля внутри одного здания наиболее высокую скорость передачи данных обеспечивают локальные сети, в которых используется …
Регуляторы напряжения на материнской плате используются для …
обеспечения сглаживания скачков напряжения
+ преобразования входного напряжения
Объем одного современного модуля оперативной памяти для IBM-совместимых персональных компьютеров составляет …
От 128 МБ до 256 МБ
От 256 МБ до 1 ГБ
Полная скорость обмена информацией через шину USB составляет …
Программно-видимые свойства процессора называются …
Для передачи данных в инфракрасном диапазоне используется интерфейс …
Вычислительные системы (ВС), в которых компоненты (компьютеры / процессоры) равноправны и каждый может брать управление на себя, – это …
распределенные ВС ВС
Наука, изучающая свойства, структуру и функции информационных систем, – это …
Процессоры с минимальным набором системы команд относятся к архитектуре …
Для передачи данных в радиочастотном диапазоне используется интерфейс …
состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы
Батарея питания на материнской плате необходима для …
генерации тактовых импульсов
Основным недостатком многопроцессорных вычислительных систем является проблема …
синхронизации работы процессоров
передачи данных по каналам связи
Основным назначением интерфейса Centronics является подключение …
Организация структуры электронно-вычислительных машин (ЭВМ) в виде функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске) – это …
Асимметричная пропускная способность цифровых модемов означает, что …
+ объем потока данных зависит от направления
Для подключения устройств к интерфейсу Centronics используется …
состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы
Вычислительные машины непрерывного действия, которые работают с информацией, представленной в непрерывной форме, – это … вычислительные машины
Вычислительные системы (ВС), допускающие режим «отложенного ответа», когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой, – это …
ВС с децентрализованным управлением
Максимально возможная скорость передачи данных аналоговыми модемами – …
86.Адресное пространство электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с 24-разрядной шиной адреса составляют … адресов
Полнота функций, выполняемых информационно-вычислительной сетью, – это …
среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени
количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени
Для перезагрузки системного блока, в котором кнопки RESET и POWER совмещены, …
следует быстро нажать кнопку POWER 2 раза подряд
+ следует слегка нажать кнопку POWER 1 раз
Система компьютеров, объединенных каналами передачи данных, – это …
Для подключения жестких дисков и приводов CD-DVD используется разъем …
Процессоры с полным набором системы команд относятся к архитектуре …
В суперЭВМ в качестве координатора системы ввода-вывода …
Минимальной порцией обмена данными с ядром динамической оперативной памяти является …
Сеть, в которую входят пользователи одного района, города или региона, – это … вычислительная сеть
Компьютеры подключаются к локальной сети через …
Вычислительные машины комбинированного действия, которые работают с информацией, представленной и в дискретной, и в непрерывной форме, – это … вычислительные машины
В большинстве многомашинных вычислительных систем реализовано взаимодействие на уровне …
Вычислительные машины дискретного действия, которые работают с информацией, представленной в дискретной, цифровой форме, – это … вычислительные машины
Слоты … устанавливаются на большинство современных материнских плат
Основным принципом построения ЭВМ является …
Для установки модулей оперативной памяти используется слот …
Вычислительные системы (ВС), в которых управление выполняет выделенный компьютер или процессор, называются …
ВС с децентрализованным управлением
В ячейке оперативной памяти содержится … информации
Последовательность выполнения инструкций процессором …
может быть нарушена вследствие воздействия внутренних причин
может быть нарушена вследствие воздействия внешних причин
Универсальность информационно-вычислительной сети означает …
среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени
обеспечение выполнения всех предусмотренных функций и по доступу ко всем ресурсам, и по совместной работе узлов, и по реализации всех протоколов и стандартов работы
Универсальные ВСпредназначаются для решения самых различных задач.
Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач. Специализация ВС может устанавливаться различными средствами:
• во-первых, сама структура системы (количество параллельно работающих элементов, связи между ними и т.д.) может быть ориентирована на определенные виды обработки информации: матричные вычисления, решение алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений и т.п. Практика разработки ВС типа суперЭВМ показала, что, чем выше их производительность, тем уже класс эффективно решаемых ими задач;
• во-вторых, специализация ВС может закладываться включением в их состав специального оборудования и специальных пакетов обслуживания техники.
2. По типу вычислительные системыможно разделить на многомашинные и
многопроцессорные ВС.
Исторически многомашинные вычислительные системы (ММС) появились первыми. Уже при использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надежности и достоверности вычислений. Для этих целей использовали комплекс машин. При этом:
- одна из машин выполняла вычисления, а другая находилась в «горячем» или «холодном» резерве, т.е. в готовности заменить основную ЭВМ;
- когда обе машины обеспечивали параллельный режим вычислений.
Здесь возможны две ситуации:
а) обе машины решают одну и ту же задачу и периодически сверяют результаты решения. Тем самым обеспечивался режим повышенной достоверности, уменьшалась вероятность появления ошибок в результатах вычислений. Примерно по такой же схеме построены управляющие бортовые вычислительные комплексы космических аппаратов, ракет, кораблей.
б) обе машины работают параллельно, но обрабатывают собственные потоки заданий. Возможность обмена информацией между машинами сохраняется. Этот вид работы относится к режиму повышенной производительности. Она широко используется в практике организации работ на крупных вычислительных центрах, оснащенных несколькими ЭВМ высокой производительности.
Основные различия ММС заключаются в организации связи и обмена информацией между ЭВМ комплекса. Каждая из них сохраняет возможность автономной работы и управляется собственной ОС. Любая другая подключаемая ЭВМ комплекса рассматривается как специальное периферийное оборудование. В зависимости от территориальной разобщенности ЭВМ и используемых средств сопряжения обеспечивается различная оперативность их информационного взаимодействия.
Многопроцессорные системы(МПС) строятся при комплексировании нескольких процессоров. В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память (ООП). Параллельная работа процессоров и использование ООП обеспечивается под управлением единой операционной системы. По сравнению с ММС здесь достигается наивысшая оперативность взаимодействия вычислителей-процессоров. Многие исследователи считают, что использование МПС является основным магистральным путем развития вычислительной техники новых поколений.
Недостатки МПС. Они в первую очередь связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти. При большом количестве комплексируемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, когда несколько процессоров обращаются с операциями типа «чтение» и «запись» к одним и тем же областям памяти. Помимо процессоров к ООП подключаются все каналы (процессоры ввода-вывода), средства измерения времени. Вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммутации абонентов и доступа их к ООП. От того, насколько удачно решаются эти проблемы, и зависит эффективность применения МПС. Это решение обеспечивается аппаратно-программными средствами. Процедуры взаимодействия очень сильно усложняют структуру ОС МПС. Накопленный опыт построения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе комплексируемых процессоров (от 2 - 4 до 10).
Создание подобных коммутаторов представляет сложную техническую задачу, тем более, что они должны быть дополнены буферами для организации очередей запросов. Для разрешения конфликтных ситуаций необходимы схемы приоритетного обслуживания. До настоящего времени в номенклатуре технических средств ЭВТ отсутствуют высокоэффективные коммутаторы общей памяти.
3. По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные
и неоднородные системы.
Однородные системы предполагают комплексирование однотипных ЭВМ (процессоров),
неоднородные - разнотипных. В однородных системах значительно упрощается разработка и обслуживание технических и программных (в основном ОС) средств. В них обеспечивается возможность стандартизации и унификации соединений и процедур взаимодействия элементов системы. Упрощается обслуживание систем, облегчается модернизация и их развитие.
Вместе с тем существуют и неоднородные ВС, в которых комплексируемых элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Обычно это связано с необходимостью параллельного выполнения многофункциональной обработки. При построении ММС, обслуживающих каналы связи, целесообразно объединять в комплекс связные, коммуникационные машины и машины обработки данных. В таких системах коммуникационные ЭВМ выполняют функции связи, контроля получаемой и передаваемой информации, формирование пакетов задач. ЭВМ обработки данных не занимаются не свойственными им работами по обеспечению взаимодействия в сети, а все их ресурсы переключаются на обработку данных. Неоднородные системы находят применение и МПС.
4. По степени территориальной разобщенностивычислительных модулей ВС делятся на системы совмещенного (сосредоточенного)и распределенного (разобщенного)типов. Обычно такое деление касается только ММС. Многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа. Более того, учитывая успехи микроэлектроники, это совмещение может быть очень глубоким. При появлении новых СБИС появляется возможность иметь в одном кристалле несколько параллельно работающих процессоров.
В совмещенных и распределенных ММС сильно различается оперативность взаимодействия в зависимости от удаленности ЭВМ. Время передачи информации между соседними ЭВМ, соединенными простым кабелем, может быть много меньше времени передачи данных по каналам связи. Как правило, все выпускаемые в мире ЭВМ имеют средства прямого взаимодействия и средства подключения к сетям ЭВМ. Для ПЭВМ такими средствами являются нуль-модемы, модемы и сетевые карты как элементы техники связи.
5. По методам управления элементами ВСразличают централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением. Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимо выделять ресурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизованных ВС за это отвечает главная, или диспетчерская, ЭВМ (процессор). Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный 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 системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ интерес к децентрализованным системам постоянно растет.
В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса, исходя из сложившейся ситуации.
6. По принципу закрепления вычислительных функцийза отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.
7. По режиму работы ВСразличают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые используют режим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.
Наибольший 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, зависит эффективность применения ЭВМ в целом. Структурные признаки, в свою очередь, отличаются многообразием: топология управляющих и информационных связей между элементами системы, способность системы к перестройке и перераспределению функций, иерархия уровней взаимодействия элементов. В наибольшей степени структурные характеристики определяются архитектурой системы.
Многопроцессорная система (МПС) – система, в которой команды на шине могут быть восприняты более чем от одного микропроцессора. Шиной управляют поочередно много процессоров.
Многопроцессорная система содержит несколько процессоров, работающих с общей оперативной памятью (общее поле оперативной памяти), и управляется одной общей операционной системой (рис. 16). Часто в микропроцессорной системе организуется общее поле внешних запоминающих устройств (ВЗУ).
Рис. 16. Структура одноуровневой многопроцессорной системы
Под общим полем понимается равнодоступность устройств. Общее поле памяти означает, что все модули оперативной памяти доступны всем процессорам и периферийным устройствам (ВЗУ, УВВ), общее поле ВЗУ означает, что образующие его устройства доступны любому процессору и каналу.
Появление многопроцессорных систем обусловлено рядом причин. Главная из них – стремление к дальнейшему повышению производительности вычислительных средств. Из-за недостаточной мощности микропроцессора во многих практических задачах (например, спектрального и корреляционного анализа), требующих необходимой обработки данных в реальном масштабе времени, выполнять на одном микропроцессоре необходимую работу неэффективно или даже невозможно, и тогда с микропроцессором используют другие средства вычислительной системы. При этом несколько микропроцессоров осуществляют параллельную (одновременную) обработку данных. Такое распараллеливание вычислений на нескольких процессорах существенно уменьшает время решения задач.
Кроме того, появление многопроцессорных систем вызвано необходимостью приближения вычислительных средств к территориально распределенным источникам и приемникам информации управляемых объектов и процессов. Такой путь снижает стоимость, повышает надежность и производительность указанных систем.
Наконец, еще одной причиной появления многопроцессорных систем является противоречие между низкой стоимостью микропроцессора и высокой стоимостью различных накопителей информации (на магнитном диске, магнитной ленте и т. д.), устройств ввода-вывода, средств отображения информации (дисплеев) и т. д. Данное противоречие можно разрешить, если много микропроцессоров совместно используют дорогостоящее периферийное оборудование.
Многопроцессорные системы представляют собой основной путь построения вычислительных систем сверхвысокой производительности. При создании таких систем возникает много сложных проблем, к которым в первую очередь следует отнести: распараллеливание вычислительного процесса (программ) для эффективной загрузки процессоров системы, преодоление конфликтов при попытках нескольких процессоров использовать один и тот же ресурс системы (например, некоторый модуль памяти), уменьшение влияния конфликтов на производительность системы, осуществление быстродействующих экономичных по аппаратурным затратам межмодульных связей.
Многопроцессорные системы могут быть однородными и неоднородными.
Однородные многопроцессорные системы – системы, содержащие однотипные процессоры.
Неоднородные многопроцессорные системы состоят из различных специализированных процессоров, реализующих, например, функции операционной системы, процессоров для матричных задач.
Многопроцессорные системы могут иметь одноуровневую или иерархическую (многоуровневую) структуру. В первом случае процессоры системы образуют один общий уровень обработки данных (рис. 16), во втором (рис. 17) система обычно содержит один главный и один или несколько подчиненных (вспомогательных) процессоров.
Подчиненный микропроцессор – микропроцессор, который находится под управлением главного микропроцессора компьютера.
Вспомогательные процессоры используются для выполнения различных уровней обработки информации. Обычно менее мощный вспомогательный процессор выполняет ввод информации с различных терминалов и ее предварительную обработку.
Рис. 17. Иерархическая многопроцессорная система
5.2. Разделение и распределение памяти
Одной из отличительных особенностей многопроцессорной вычислительной системы является сеть обмена, с помощью которой процессоры соединяются с памятью.
Рассмотрим структурную организацию однородных одноуровневых микропроцессорных систем, архитектура которых определяется организацией связи процессоров с оперативной памятью данных и организацией межпроцессорного обмена.
По способу организации связи процессоров с оперативной памятью данных все системы относятся к одному из трех типов: с общей (равнодоступной), индивидуальной (раздельной), индивидуальной основной и общей вспомогательной оперативной памятью данных.
Многопроцессорные системы с общей модульной оперативной памятью данных эффективны при решении такого класса задач, данные в которых могут быть размещены в различных модулях общей оперативной памяти. Тогда процессоры системы смогут работать с этими модулями с малыми взаимными помехами.
Система обладает наибольшей универсальностью, если информация, хранимая в любом модуле памяти, доступна любому процессору и устройству ввода-вывода. Эта универсальность достигается за счет аппаратурных затрат на организацию коммутации между любыми модулями памяти, процессорами и устройствами ввода-вывода. Затраты на такой матричный коммутатор растут пропорционально произведению числа модулей памяти на число процессоров и устройств ввода-вывода.
Структурная схема многопроцессорной системы с общей модульной памятью и матричным коммутатором приведена на рис. 18.
Рис. 18. Многопроцессорная система с матричной архитектурой
Каждый из процессоров П1. Пm имеет доступ к любому модулю оперативной памяти ОЗУ1. ОЗУn. Последние работают параллельно и допускают n одновременных обращений со стороны процессоров или устройств ввода-вывода. При обращении нескольких процессоров или устройств ввода-вывода к одному и тому же модулю памяти возникает конфликтная ситуация и коммутатор обслуживает первым устройство с наивысшим приоритетом.
Многопроцессорные системы с индивидуальной (раздельной) памятью данных эффективны для решения класса задач, где имеются четко разделимые подмножества данных, размещаемых в соответствующих модулях памяти. Структурная схема многопроцессорной системы с индивидуальной памятью приведена на рис. 19.
Рис. 19. Многопроцессорная система с индивидуальной памятью
Каждый процессор П1. Пm обращается к своему модулю оперативной памяти ОЗУ1. ОЗУm. Однако для редкого обмена данными между процессорами предусмотрены блоки обмена БО и вспомогательная общая оперативная память ОЗУ. Операции обмена инициируются процессорами.
На рис. 20 приведена схема многопроцессорной системы с индивидуальной памятью и одномодульной общей памятью данных. Такая система особенно эффективна для многопрограммной работы с коллективным использованием большого архива базовых данных. Устройство управления памятью регулирует возможные конфликты при одновременном обращении нескольких процессоров к общей одномодульной памяти данных.
Рис. 20. Многопроцессорная система с общей памятью данных
5.3. Способы коммутации
На быстроту обмена информацией между модулями, а следовательно, и на производительность системы большое влияние оказывает способ коммутации процессоров. По способу коммутации все конкретные многопроцессорные системы относятся к одному из типов: структура с матричным коммутатором, общая магистральная структура (общая шина), матричная структура, последовательная конвейерная структура.
Многопроцессорные системы с матричным коммутатором (рис. 18) обладают наибольшей универсальностью. Широко распространены многопроцессорные системы, содержащие программируемый (универсальный) коммутатор, к которому подключаются входы и выходы всех процессоров и запоминающих устройств. В такой системе путем программирования может быть реализована практически любая из многочисленных структур многопроцессорных систем, однако она требует мощной системы коммутации, что связано со значительными аппаратными затратами.
Общая магистральная структура (рис. 21) отличается тем, что несколько процессоров подключаются к одной магистрали, которая осуществляет связь между любыми процессорами. Организация межпроцессорных связей на основе общей магистрали является одним из распространенных способов построения многопроцессорных систем. Такая система является наиболее простой, дешевой и легко наращиваемой.
Рис. 21. Магистральная многопроцессорная система
Одновременно через общую магистраль информация передается между двумя устройствами, т. е. магистраль используется подключенными к ней устройствами в режиме разделения времени. Это является причиной возникновения конфликтов, при которых несколько устройств одновременно претендуют на занятие магистрали, что вызывает простой оборудования и уменьшает производительность системы. Для повышения пропускной способности магистрали иногда создают систему с несколькими параллельными магистралями.
Многопроцессорная система с матричной структурой представлена на рис. 22. Каналы связи организованы по принципу близкодействия: жесткие связи между собой имеют только соседние процессоры, а между отдаленными процессорами каналы связи отсутствуют. Обмен информацией между ними возможен только через цепочку процессоров.
Рис. 22. Матричная многопроцессорная система
Последовательная конвейерная структура многопроцессорной системы (рис. 23) содержит цепочку последовательно соединенных процессоров, так что информация на выходе одного является входной информацией для другого. Процессоры образуют процессорный конвейер (трубопровод). На вход конвейера доставляется поток данных (операнды из памяти). Каждый процессор обрабатывает соответствующую часть задачи, передавая результаты соседнему процессору, который использует их в качестве исходных данных. Таким образом, решение задач для некоторых исходных данных развертывается последовательно в конвейерной цепочке. Это обеспечивается подведением к каждому процессору своего потока команд, т. е. имеется множественный поток команд.
Рис. 23. Конвейерная многопроцессорная система
Если трубопровод заполнен, выходной процессор (Пm) выдает результаты для последовательности входных данных через очень короткие интервалы времени, хотя действительное время прохождения задачи через конвейер может быть существенно большим.
Кроме рассмотренной классификации многопроцессорных систем, широко используется классификация по признаку одинарности или множественности потоков команд и данных. Так, в соответствии с этой классификацией рассмотренную конвейерную систему (см. рис. 23) можно отнести к системам с одинарным потоком данных и множественным потоком команд.
В матричной структуре (см. рис. 22) имеется несколько потоков данных и один общий поток команд, т. е. все процессоры выполняют одновременно одну и ту же команду, но над разными операндами, доставляемыми процессорам из памяти несколькими потоками данных (рис. 24).
Имеются структуры многопроцессорных систем, в которых существует несколько потоков данных и несколько потоков команд.
Отметим, что однопроцессорная система в соответствии с рассматриваемым признаком классификации содержит одинарный поток данных.
Рис. 24. Организация обработки данных в матричной системе
5.4. Организация вычислительного процесса
Организацию вычислений рассмотрим на примере вычисления быстрого преобразования Фурье (БПФ).
При спектральном анализе сигналов с широкой полосой частот (до десятков и сотен мегагерц) даже при использовании БПФ требования, предъявляемые к быстродействию вычислительной системы, оказываются весьма жесткими. Данная задача может быть решена только в рамках многопроцессорной организации вычислительной системы.
На рис. 25 показан граф, иллюстрирующий необходимую последовательность преобразований переменной х (в точках отсчета х0. х7) в коэффициенты дискретного ряда Фурье A0,…,A7.
Каждая вершина изображает переменную, а дуги исходят из тех вершин, которые вносят вклад в вершину, к которой направлена дуга. Все вклады аддитивны, и вес каждого вклада Wj = exp(-2jр/N) (где N – число точек отсчета анализируемой переменной) указан рядом с соответствующей дугой.
Из графа видно, что вычисление A7 = B3 + C3W7 можно одновременно выполнить на N процессорах (в данном случае на восьми). Процессор Рi в исходном состоянии получает на вход одно из значений х (в порядке, указанном на рис. 25) и в конце вычисления выдает значение Аi. Таким образом, горизонтальные пути на графе соответствуют обработке внутри процессора, а промежуточные вершины — промежуточным этапам вычисления. Остальные дуги графа определяют межпроцессорные обмены. На каждом этапе вычисления число обменов равно N. Результаты, полученные на любом этапе, нужны только для следующего этапа.
Рис. 25. Граф преобразования переменных хi в коэффициенты дискретного преобразования Фурье
Если на одном процессоре решение может быть получено за N·log2N шагов, то на N процессорах требуется в N раз меньше шагов.
Отметим, что в рассмотренном примере все обмены между процессорами предопределены, и управление ими сводится к осуществлению коммутации по заранее составленной программе. Поэтому требования к системе коммутации здесь значительно упрощены по сравнению с общим случаем, когда решение о коммутации надо принимать, исходя из результатов вычислений.
В данном случае все процессоры, начавшие вычисления, заняты их выполнением до получения результата. На практике процессоры освобождаются постепенно, причем, как правило, в неизвестные заранее моменты времени. Если освобождающийся ресурс не используется (он выделен только для данной работы), это приводит к снижению параллелизма и соответственно к снижению эффективности использования ресурсов системы.
Как следует из рассмотренного примера, обмены информацией между процессорами достигают большого значения, что может привести к малой эффективности многопроцессорной обработки. Поэтому выгоднее распараллеливать обработку данных более крупными блоками. За счет наличия в блоках операций самого различного характера появляется возможность наиболее полного использования процессоров.
В рассматриваемом примере процессоры работают таким образом, что данные, полученные на предыдущем этапе, необходимы для выполнения последующих операций. При отказе одного из процессоров общее решение оказывается неверным. Во избежание этого вычисления, ранее проводившиеся на отказавшем процессоре, необходимо продолжить на другом (исправном).
5.5. Способы взаимодействия процессоров в системах
В многопроцессорной системе с общей памятью один процессор осуществляет запись в конкретную ячейку, а другой – производит считывание из этой ячейки памяти. Чтобы обеспечить согласованность данных и синхронизацию процессов, обмен часто реализуется по принципу взаимно исключающего доступа к общей памяти.
5.6. Применение сопроцессора х87 в машинах типа IBM PC
Примером многопроцессорной системы является использование сопроцессора.
Сопроцессор 8087 для 8086/8088 подключается параллельно практически ко всем интерфейсным сигналам центрального процессора. Отслеживая сигналы состояния процессора, сопроцессор вместе с ним просматривает и декодирует инструкции, “вылавливая” из них свои (по коду “Escape”). Если команда подразумевает обмен данными с памятью, процессор “помогает” сопроцессору в вычислении адреса, освобождая его от всех “хитростей” формирования физического адреса, принятых в 8086. После отработки всех циклов передачи процессор переходит к выполнению следующей инструкции, а сопроцессор начинает вычисления. Для сигнализации об исключительных ситуациях используется сигнал прерывания от сопроцессора INT. В IBM PC сигнал прерывания от сопроцессора через логическую схему поступает на вход NMI процессора и вызывает немаскируемое прерывание (вектор 2).
Сопроцессоры 80287 и 80387 с процессорами 80286 и 80386 обмениваются данными через шинные циклы ввода/вывода, автоматически генерируемые процессором.
Процессоры 486 и выше могут иметь лишь встроенный сопроцессор, интерфейс с внешним сопроцессором у них не предусмотрен.
Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы.
По назначению вычислительные системы делят на:
Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач, в отличие от универсальных, предназначенных для широкого спектра задач.
По типу построения вычислительные системы разделяются на:
Это значит, что вычислительные системы могут строиться на базе нескольких компьютеров или на базе нескольких процессоров. В первом случая ВС будет многомашинной, во втором — многопроцессорной.
Многомашинные вычислительные системы(ММС) появились раньше, чем многопроцессорные. Основные отличия ММС заключаются в организации связей и обмена информацией между ЭВМ комплекса. Многомашинная ВСсодержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с другом, а могут быть удалены друг от друга на некоторое, иногда значительное расстояние (вычислительные сети). В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами выполняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС). Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на уровне:
o оперативной памяти;
o каналов связи.
При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.
Взаимодействие на уровне оперативной памяти (ОП) сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти, что несколько проще, но также требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.
На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспечивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).
Все вышесказанное иллюстрируется схемой взаимодействия компьютеров в двухмашинной ВС, представленной на рис. 1.
Рис. 1. Схема взаимодействия компьютеров в двухмашинной ВС
Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели надежности таких систем существенно ниже.
Многопроцессорные системы(МПС) содержат несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП. Этот тип взаимодействия используется в большинстве случаев, ибо организуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует наличия специальной, весьма сложной ОС.
Однако МПС имеют и существенные недостатки. Они, в первую очередь, связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти. При большом количестве объединяемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, в которых несколько процессоров обращаются с операциями типа ”чтение” и ”запись” к одним и тем же ячейкам памяти. Помимо процессоров к ОП подключаются все процессоры ввода-вывода, средства измерения времени и т.д. Поэтому вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммутации и доступа абонентов к ОП. Процедуры взаимодействия очень сильно усложняют структуру ОС МПС. Опыт построения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе объединяемых процессоров (от 2 до 10). Схема взаимодействия процессоров в ВС показана на схеме рис. 2. Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.
Рис. 2. Схема взаимодействия процессоров в ВС
По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают:
- однородные системы
- неоднородные системы.
Однородная ВС строится на базе однотипных компьютеров или процессоров. Однородные системы позволяют использовать стандартные наборы технических, программных средств, стандартные протоколы (процедуры) сопряжения устройств. Поэтому 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 неоднородных систем.
По методам управления элементами ВС различают:
- централизованные
- децентрализованные
- со смешанным управлением.
В централизованных ВС за управление отвечает главная или диспетчерская ЭВМ (процессор). Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный 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 системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.
В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного 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 жесткими плавающим закреплением функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.
По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы:
- территориально-сосредоточенные – это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;
- распределенные – это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети;
- структурно-одноуровневые – это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных;
- многоуровневые (иерархические) структуры – это когда в иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.
По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативноминеоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.
На рис. 3 представлена принципиальная схема классификации вычислительных систем.
Рис. 3. Принципиальная схема классификации вычислительных систем.
Основным отличием ВС от компьютеров является наличие в их структурах нескольких вычислителей (компьютеров или процессоров). Поэтому они способны выполнять параллельные вычисления. Поскольку ВС появились как параллельные системы, то рассмотрим классификацию архитектур c этой точки зрения. Такая классификация архитектур была предложена М. Флинном в начале 60-х годов. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Согласно данной классификации существует четыре основных архитектуры ВС:
— одиночный поток команд – одиночный поток данных (ОКОД), в английской аббревиатуре Single Instruction Single Data, SISD — одиночный поток инструкций — одиночный поток данных;
— одиночный поток команд – множественный поток данных (ОКМД), или Single Instruction Multiple Data, SIMD — одиночный поток инструкций — одиночный поток данных;
— множественный поток команд – одиночный поток данных (МКОД), или Multiple Instruction Single Data, MISD — множественный поток инструкций — множественный поток данных;
. множественный поток команд – множественный поток данных (МКМД), или Multiple Instruction Multiple Data, MIMD -множественный поток инструкций — множественный поток данных.
Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, то есть системы с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора. Закономерности организации вычислительного процесса в этих структурах достаточно хорошо изучены.
Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные: процессорные элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними. Векторный или матричный тип вычислений является необходимым атрибутом любой супер ЭВМ.
Статьи к прочтению:
Лекция 2: Принципы построения параллельных вычислительных систем
Похожие статьи:
Архитектура ВС Вычислительные системы (ВС) – э то комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для организации вычислительных процессов….
В МПВС с многовходовыми модулями ОП или симметричных МПВС взаимные соединения выполняются с помощью индивидуальных шин, подключающих каждый процессор и…
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Столичный центр образовательных технологий г. Москва
Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца
от 3 170 руб. 1900 руб.
Количество часов 300 ч. / 600 ч.
Успеть записаться со скидкой
Форма обучения дистанционная
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
311 лекций для учителей,
воспитателей и психологов
Получите свидетельство
о просмотре прямо сейчас!
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Общие принципы орг ПО ВК 1-1вариант.docx
Классификация моделей компьютера.
Основные устройства и их назначение.
1 вариант
По принципам действия вычислительные машины под разделяют на:
цифровые, аналоговые и гибридные машины
большие и маленькие
супер ЭВМ и мини ЭВМ
По конструктивным особенностям ПЭВМ делятся на:
Портативные и карманные
Стационарные и переносные
блокноты и электронные записные книжки
По производительности ЭВМ можно разделить на сле дующие группы:
мини и макро компьютеры
маленькие, большие, мощные
большие ЭВМ, супер-ЭВМ, мини- и микрокомпьютеры
… - это устройство дл вывода на экран текстовой и графической информации
Клавиатура служит для:
как подставка под кисти рук
На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов (перечислите правильные):
скорость центрального процессора (CPU)
скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)
скорость графического контроллера
Комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом –
Вентилятор, объединенный с радиатором, называют -…
Структура компьютера – это:
Комплекс электронных средств, осуществляющих обработку информации
некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимосвязи входящих в неё компонентов
комплекс программных и аппаратных средств
Персональный компьютер состоит из (укажите все правильные ответы):
Системный блок включает в себя (укажите все правильные ответы):
накопители на дисках
средства связи и коммуникаций
От разрядности микропроцессора зависит:
Количество используемых внешних устройств
возможность подключения к сети
максимальный объем внутренней памяти и производительность компьютера
Тактовая частота микропроцессора измеряется в: (ответ запишите символами).
Микропроцессоры различаются между собой:
устройствами ввода и вывода
разрядностью и тактовой частотой
Устройствами внешней памяти являются (укажите все правильные ответы):
накопители на гибких магнитных дисках
оперативные запоминающие устройства
накопители на жестких магнитных дисках
Вывод цветного изображения на бумагу обеспечивают принтеры:
Какое из нижеприведенных утверждений верно?
клавиатура, плоттер, трекбол, мышь,CD-ROM-драйвер – это устройства ввода данных в компьютер
разрядность – это число операций, производимых процессором за 1 секунду
разрешающая способность монитора зависит от объема видеопамяти и от количества битов, отводимых в видеопамяти на один пиксель экрана
максимальное излучение направлено от экрана монитора в сторону под углом 45 0 к плоскости экрана
математический сопроцессор существенно ускоряет передачу данных по системной магистрали (шине данных и адресов).
Для прерывания программ предназначены клавиши:
Электронное устройство, выполненное в виде платы расширения с разъемом для подключения к линии связи.
Сверхбыстродействующая память, Обеспечивающая ускорение доступа к оперативной памяти на бымтродействующих компьютерах.
Участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера
Запоминающее устройство, связанная с процессором
Обеспечивает хранение и выдачу информации
Выбранный для просмотра документ Общие принципы орг ПО ВК 1-2вариант.docx
Классификация моделей компьютера.
Основные устройства и их назначение.
В зависимости от назначения в системе обработки дан ных мини-компьютеры можно подразделить на:
с ерверы , сетевые персональные компьютеры , профессиональные рабочие станции
персональные компьютеры , мини ЭВМ
с ерверы , сетевые персональные компьютеры
Сверхпроизводительные системы с производительностью в сотни и тысячи миллионов операций в секунду это - …
Гибридные вычислительные машины
На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов(перечислите правильные):
скорость центрального процессора (CPU)
скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)
скорость графического контроллера
… - это устройство для передачи данных, как правило, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые и обратно.
Все мониторы можно классифицировать (перечислите правильные):
По схеме формирования изображения.
По своим размерам.
По способу воздействия на человека
Жидкокристаллические и плазменные
… - это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы.
… - обычно смонтирован и поставляется вместе с корпусом системного блока, для которого он предназначен.
Персональный компьютер – это:
ЭВМ для индивидуального покупателя
настольная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности
ЭВМ, обеспечивающая диалог с пользователем
Основоположником отечественной вычислительной техники является:
Основная функция ПК:
Общение человека и машины
принцип программного управления
Микропроцессор предназначен для:
Управления работой компьютера и обработки данных
ввода информации в ПК и вывода ее на принтер
обработки текстовых данных
Разрядность микропроцессора – это:
наибольшая единица информации
количество битов, воспринимаемое микропроцессором как единое целое
количество битов, находящееся в одном машинном слове
Функции процессора состоят в:
подключении ПК к электронной сети
обработке данных, вводимых в ПК
выводе данных на печать
В состав микропроцессора входят (укажите все правильные ответы):
постоянное запоминающее устройство
кодовая шина данных
кодовая шина инструкций
Поставьте соответствие между терминами и определениями. (после термина поставьте цифру нужного определения).
Предназначена для кратковременного хранения информации в текущий момент времени.
Предназначена для длительного хранения информации
Предназначена для хранения неизменяемой информации.
Оперативная память – это совокупность:
специальных электронных ячеек
Дискеты предназначены для (укажите все правильные ответы):
временного хранения информации
обмена программами и данными между ПК
вывода информации на экран
хранения архивной информации
хранения запасных копий программ
Информация на магнитных дисках записывается:
В специальных магнитных окнах
по концентрическим дорожкам и секторам
по индексным отверстиям
Распределите устройства по их предназначению:
Устройства ввода – 1 ; устройства вывода – 2 ;
другие устройства – 0 (символы внесите в прямоугольники с клавиатуры)
a) клавиатура h) сканер
b) диджитайзер k) плоттер
d) принтер w) джойстик
e) графопостроитель f) сетевой адаптер
g) сенсорный экран
Цифровые вычислительные машины работают с информацией, представленной:
в виде электрического напряжения
в символьном виде
в цифровом виде
Краткое описание документа:
"Описание материала:
Классификация моделей компьютера. Основные устройства и их назначение.
1 вариант
1. По принципам действия вычислительные машины подразделяют на:a. "цифровые, аналоговыеb. цифровые, аналоговые и гибридные машиныc . большие и маленькиеd. супер ЭВМ и мини ЭВМ
2. По конструктивным особенностям ПЭВМ делятся на:a. Портативные и карманныеb. Стационарные и переносныеc. блокноты и электронные записные книжки
3. По производительности ЭВМ можно разделить на следующие группы: a. мини и макро компьютерыb. маленькие, большие, мощные c. мощные, супермощныеd. большие ЭВМ, супер-ЭВМ, мини- и микрокомпьютеры
4. … - это устройство дл вывода на экран текстовой и графической информации a. Сканерb. Принтерc. Мониторd. Планшет
5. Клавиатура служит для:a. набора текстаb. как подставка под кисти рукc. ввода командd.
6. На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов (перечислите правильные): a. скорость центрального процессора (CPU) b. скорость интерфейсной шины (PCI или AGP) c. скорость видеопамяти d. скорость графического контроллера
7. Комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом – a. Материнская платаb.
Процессорc. Видеокартаd. Оперативная память
8. Вентилятор, объединенный с радиатором, называют -… a. Кулеромb.
Охладителемc. Кондиционеромd. Усилителем
9. Структура компьютера – это: a.
Комплекс электронных средств, осуществляющих обработку информацииb. некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимосвязи входящих в неё компонентовc. комплекс программных и аппаратных средств
10. Персональный компьютер состоит из (укажите все правильные ответы): a.
Системного блокаb. монитораc. клавиатурыd. дополнительных устройств e. комплекса мультимедиа
Читайте также: