аторазовим потоком даних (ОКМД або SIMD-SingleInstructionMultipleData).
Матричні МПВС, в яких МП одночасно виконують різні операції над кількома послідовними потоками оброблюваних даних - багаторазовий потік команд з багаторазовим потоком даних.
Умовні структури однопроцесорній і багатопроцесорних обчислювальних систем показані на рис. 1.
У супер-ЕОМ використовуються всі три варіанти архітектури МПВС:
Структура MIMDв класичному її варіанті (наприклад, в суперЕОМ BSPфірми Burroughs);
Паралельно-конвеєрна модифікація, інакше кажучи, MMISD, тобто многопроцессорная MISD-архітектура (наприклад, в суперкомп'ютері «Ельбрус 3»);
Паралельно-векторна модифікація, або MSIMD, тобто многопроцессорная SIMD-архітектура (наприклад в суперкомп'ютері Cray 2).
омпьютер медицина техніка погода
Малюнок 1 а - SISD (однопроцесорна); б - MISD (конвеєрна); в - SIMD (векторна); г - MIMD (матрична)
Найбільшу ефективність показала архітектура MSIMD, тому в сучасних суперкомп'ютерах використовується саме ця архітектура (наприклад, в суперкомп'ютерах фірм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachiі ін.)
Характеристики продуктивності Супер-ЕОМ
За 50 років продуктивність комп'ютерів зросла більш, ніж у 700 000 000 разів. При цьому виграш у швидкодії, пов'язаний із зменшенням часу такту з 2 мікросекунд до 1.8 наносекунд, становить лише близько 1000 разів.
Використання нових рішень в архітектурі комп'ютерів.
Головне місце серед них займає принцип паралельної обробки даних, що втілює ідею одночасного (паралельного) виконання кількох дій. Паралельна обробка даних, втілюючи ідею одночасного виконання кількох дій, має два різновиди: конвеєрні і паралельність.
Паралельна обробка. У випадку, коли пристрій виконує одну операцію за одиницю часу, то тисячу операцій воно виконає за тисячу одиниць. Якщо припустити, що є п'ять таких же незалежних пристроїв, здатних працювати одночасно, то ту ж тисячу операцій система з п'яти пристроїв може виконати вже не за тисячу, а за двісті одиниць часу. Аналогічно система з N пристроїв ту ж роботу виконає за 1000/N одиниць часу. Подібні аналогії можна знайти і в житті: якщо одна труба наповнює басейн за 10:00, то 10 таких же труб - за 1:00. Принцип паралельності в дії!
Конвеєрна обробка. Ціле безліч дрібних операцій (таких як порівняння порядків, вирівнювання порядків, складання мантисс, нормалізація і т.п.) процесори перших комп'ютерів виконували для кожної пари аргументів послідовно одна за однієї до тих пір, поки не приходили до остаточного результату, і лише після цього переходили до обробки наступної пари доданків.
Всі самі перші комп'ютери (EDSAC, EDVAC, UNIVAC) мали розрядно-послідовну пам'ять, з якої слова зчитувалися послідовно біт за бітом. Першим комерційно доступним комп'ютером, що використовують розрядно-паралельну пам'ять (на CRT) і розрядно-паралельну арифметику, став IBM 701, а найбільшу популярність отримала модель IBM 704 (продано 150 екз.), В якій, крім сказаного, була вперше застосована пам'ять на феритових сердечниках і апаратне арифметико-логічний пристрій з плаваючою крапкою.
Ієрархія пам'яті. Ієрархія пам'яті прямого відношення до паралелізму не має, але, тим не менш, відноситься до тих особливостей архітектури комп'ютерів, які мають величезне значення для підвищення їх продуктивності (згладжування різниці між часом вибірки з пам'яті і швидкістю роботи процесора). Основні рівні: регістри, кеш-пам'ять, оперативна пам'ять, дискова пам'ять. Час вибірки за рівнями пам'яті від дискової пам'яті до регістрів зменшується, вартість у перерахунку на 1 слово (байт) зростає. В даний час, подібна ієрархія підтримується навіть на персональних комп'ютерах.
В даний час використовуються:
Векторно-конвеєрні комп'ютери. Функціональні конвеєрні пристрої і набір векторних команд
Масивно-паралельні комп'ютери з розподіленою пам'яттю.
Паралельні комп'ютери із загальною пам'яттю. Вся оперативна пам'ять таких комп'ютерів розділяється декількома однаковими процесорами
Використання паралельних обчислювальних систем
2. Сфери застосування суперкомп'ютерів
Для яких же цілей потрібна настільки дорога і надпотужна техніка? Класичною областю застосування супер-ЕОМ завжди були наукові дослідження. Тобто це ті сфери, де для вирішення завдання застосовується чисельне моделювання; там, де потрібен величезний обсяг складних обчислень, обробка величезної кількості даних в реальному часі, або де рі...
