Лекция "Многопроцессорные вычислительные системы"

билет 34 тема 1 Многопроцессорные вычислительные системы. Многопроцессорные вычислительные системы, состоящие из взаимосвязанных процессоров с  общей оперативной памятью, в этом смысле выглядят, пусть в упрощенной качественной оценке,  потенциально предпочтительнее: обмен информацией между фрагментами задачи может быть  осуществлен с помощью внутрисистемного интерфейса непосредственно между процессорами или  через общую область оперативной памяти. Разумеется, и здесь возникают дополнительные временные затраты на организацию параллельных процессов и их координацию, являющиеся накладными  расходами по отношению к времени собственно полезного счета задачи. Уменьшение этих затрат  путем минимизации участия операционной системы МВС при взаимодействии фрагментов одной и  той же задачи является одним их важнейших резервов для уменьшения времени счета задачи в  целом. В книге рассматривается один из путей решения этой проблемы ­ организация  вычислительного процесса на уровне параллельно­последовательных фрагментов задачи,  получивших название ветвей.  Использование многопроцессорных вычислительных систем тера­флопной производительности  позволяет реализовать новые, более точные ( а следовательно, и более трудоемкие) физико­ математические модели описания поведения плазмы в широких диапазонах современных  приложений, в том числе в задачах управляемого термоядерного синтеза. Изучение свойств  высокотемпературной неравновесной плазмы, уточнение моделей взаимодействия с видами  излучений и электромагнитными полями составляют важный раздел современных вычислительных  приложений. Одним из таких приложений являются течения плазмы в каналах при наличии  магнитных полей. Это сложные многомерные ( зачастую нестационарные) задачи, решение которых  требует больших вычислительных ресурсов.  Описанные архитектуры многопроцессорных вычислительных систем могут реализоваться в  помощью нескольких однопроцессорных ЭВМ. В этом случае получаются многомашинные  вычислительные системы. Но при этом следует помнить, что для соединения двух и более ЭВМ  требуются специальные согласующие средства ­ адаптеры, что усложняет задачу.  Создание и применение многопроцессорных вычислительных систем, предназначенных для  решения актуальных фундаментальных и прикладных задач, открывает новые возможности для  проведения комплексного вычислительного моделирования в ведущих направлениях механики. [4] Для повышения производительности многопроцессорной вычислительной системы ( ВС) с  массовым параллелизмом необходимо иметь возможность программировать в структуре  универсальной многопроцессорной ВС архитектуру виртуальной проблемно­ориентированной ВС,  соответствующей решаемой задаче.  Применение БИС позволяет строить многопроцессорные вычислительные системы.  С какой целью создаются многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы и  комплексы. [7] Эксперименты проводились на фрагменте многопроцессорной вычислительной системы, в состав  которого входят 3 микропроцессора Alpha 21164 / 600 МГц, связанных высокоскоростной  коммутационной сетью Myrinet с пропускной способностью до 320 Мбайт / сек. [8] При решении задач на многопроцессорных вычислительных системах несколько процессов могут  одновременно потребовать одного и того же ресурса ( процессора, канала, таблицы), которыйпредоставляется только одному из них. Такая ситуация называется конфликтом, а ресурс­ неделимым. [9] Электронные машины Единой системы и многопроцессорные вычислительные системы станут  основной технической базой вычислительных центров всех уровней на текущую и последующие  пятилетки. В области периферийных устройств на это время намечается значительно расширить их  номенклатуру и повысить их качественные показатели. Планируется выпуск магнитных дисков  большой емкости ( 100 Мбайта выше), серийное производство буквенно­цифровых и графических  дисплеев. Будет значительно расширена комплектация ЭВМ пакетами дисков, лентопротяжными  устройствами, устройствами быстрой печати, дисплеями, что позволит увеличить загрузку ЭВМ. [10] Следует подчеркнуть, что применение многопроцессорных вычислительных систем требует учета и освоения специфики параллельной обработки, в том числе и в самих вычислительных алгоритмах и в прикладном программировании. Хотя на сегодня уже имеется значительный положительный опыт в  решении сложных задач на этих системах, однако существуют и объективные трудности в  переосмыслении традиционных вычислительных подходов при построении параллельных  алгоритмов. На это необходимо обратить внимание в соответствующих образовательных  программах. [11] Напомним, что суперкомпьютер ­ это многопроцессорная вычислительная система,  производительность которой получена за счет глубочайшего распараллеливания процесса  вычислений по всем процессорам системы. Реализовать такое распараллеливание помогает  искусство программиста, от которого зависит производительность суперкомпьютера при решении  той или иной задачи. Создание программы для суперкомпьютера требует не только искусства, но и  больших временных затрат. Именно поэтому при решении специальных задач иногда приходится  отказываться от услуг универсального суперкомпьютера, а создавать специальные компьютеры,  моделирующие интересующие процессы. Например, для расчета орбит взаимодействующих планет  Солнечной системы был создан специализированный компьютер Digital Orrery.  Кроме названных ЭВМ, предусматривается разработать многопроцессорные вычислительные  системы с быстродействием на многие десятки миллионов операций в секунду. Указанные  вычислительные системы будут использованы при решении сложных научно­технических задач, а  также при создании территориальных вычислительных центров коллективного пользования с  обслуживанием ими нескольких тысяч предприятий и организаций.  В рамках машин четвертого поколения создаются многопроцессорные вычислительные системы с  быстродействием в несколько десятков или сотен миллионов операций в секунду и  многопроцессорные управляющие комплексы повышенной надежности.  К четвертому поколению также относится и многопроцессорная вычислительная система ПС­ 2000, содержащая до 64 процессоров, управляемых общим потоком команд, в которой при  распараллеливании процесса выполнения программ может быть достигнуто суммарное  быстродействие до 200 млн. операций / с