Есептеу жүйелері

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 105 бет
Таңдаулыға:

Ι блок

Есептеу жүйелері дегеніміз не? Жалпы түсінік
Есептеуіш машинаның есептеуінің негізгі үлгілері
Операцияларды қатарластыра орналастыру. Жасанды қатарластық
Табиғи және объектілер жиынтығының қатарластығы
Тәуелсіз тармақтар және шектес операциялар қатарластығы
Қатарластық деңгейлері
Жүйелерді логикалық ұйымдастырудың түрлері
Жеңіл байланысты ағымдар жиынтығы
Жалпы түрлі қатарластық құрылым
Параллель есептеу жүйелері элементтері арасындағы байланыс
Статикалық сызба құрылымдар
Есептеу жүйелерінің сәулеті
«Жуан бұтақ» сызба құрылымы
Динамикалық сызба құрылымдар
Көпкаскадты желілер
Атқаратын міндетіне қарай есептеу жүйелерінің түрлері
Есептеу жүйелерінің командалар мен деректер ағының түріне байланысты жіктелуі
Бекітілген құрылымды әмбебап жүйелер
Бекітілген құрылымды арнайыланған жүйелер
Бекітілген және бағдарламаланатын құрылымды әмбебап жүйелер айырмашылығы

ΙΙ блок

Матрицалық есептеу жүйелері
Векторлық есептеу жүйелері
Конвейерлік есептеу жүйелері
Есептеу жүйесіндегі векторлық өңдеу
Параллель - векторлық суперкомпьютерлер
Симметриялық көп процессорлық жүйелер
Жаппай қатарластықты жүйелер
Класстерлер:метокомпьютерлер
Жады ұйымдастыру түрі бойынша есептеу жүйелерінің түрлері
Көптік ағынды командалар және жеке ағынды деректері бар есептеу жүйелерінің Көппроцессорлық жеке ағынды командалары және жеке ағынды деректері бар есептеу жүйелерінен айырмашылығы
Есептеу жүйесіндегі деректер когеренттігі
Қатарластық және конвейерлеу дәрежесі
Ортақ құрсымды есептеу жүйелері
Процессор -жады құрсымдары
Есептеу жүйесіндегі жергілікті құрсым
Енгізу -шығару және жергілікті құрсым ерекшеліктері
POWERpath-2 жүйелік құрсымы
Ерсілі-қарсылы коммутациялы есептеу жүйелері
Көпкірісті жадылы есептеу жүйелері
Ортақ құрсымды, ерсілі-қарсылы коммутациялы және кірісті жадылы есептеу жүйелері айырмашылықтары.

ІІІ блок

1. Есептеу желілері туралы жалпы түсінік.

2. Есептеу желілерінің негізгі элементері

3. Есептеу желілерінің қарым қатынастық құралдары

4. Есептеу желілерінің жіктелігі

5. Жергілікті, өңірлік (қалалық) және ауқымды есептеу желісі

6. Есептеу желісіндегі желілік сызба құрылымдар

7. Есептеу желісіндегі деректерді тасымалдау ортасы

8. Есептеу желісіндегі деректерді тасымалдаудың шектелген ортасы

9. Есептеу желісіндегі деректерді тасымалдау ортасына қатынас құру әдістері

10. Есептеу желісіндегі кездейсоқ қатынас құру әдістері

11. Есептеу желісіндегі детерминалдық қатынас құру әдістері

12. Есептеу желісіндегі сұратымның артықшылығы бойынша қатынас құру әдістері

13. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісі

14. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің қолданбалық деңгейі

15. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің көрсетімдік деңгейі

16. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің сеанстық деңгейі

17. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің көліктік деңгейі

18. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің желілік деңгейі

19. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің арналық деңгейі

20. Есептеу желісіндегі ашық жүйелер әрекеттестігінің үлгісінің физикалық деңгейі

Ι блок

1. Есептеу жүйелері дегеніміз не? Жалпы түсінік

Есептеу жүйесін біртұтас жүйе құрайтын және арифметика-логикалық операцияларды қатарластыра орындауды қамтамасыз ететін, физикалық және бағдарламалық түрде біріктірілген процессорлар немесе ЭЕМ (компьютерлер), шеткері құрылғылар және бағдарламалық қамтама жиынтығы деп қарауға болады. Оны ақпарат қабылдауға, сақтауға, өңдеуге және оның нәтижесін пайдаланушыға ыңғайлы түрде шығарып беруге арналған деректер өңдеудің автоматтандырылған жүйесі деп санауға болады.

Бөлініп-таралған есептеу жүйесінің негізгі белгісі - деректер өңдеудің бірнеше орталығының болуы. Сондықтан бөлініп-таралған есептеу жүйелеріне есептеу желілерін, көрпроцессорлық және көпмашиналық есептеу жүйелерін жатқызуға болады.

Есептеу кешені - ортақ бағдарламалық қолдау арқылы ақпаратты қатарластыра өңдеуді қамтамасыз ететін, өзара байланысқан ЭЕМ-дер жиынтығы.

Көп машиналық есептеу жүйесі - құрамына бірнеше компьютерлер (ЭЕМ) және барлық ЭЕМ-нің біртұтастығын қамтамасыз ететін компьютерлер байланысының бағдарламалық және аппараттық құралдары кіретін есептеу кешені. Әрбір ЭВМ өзінің операциялық жүйесінің басқаруымен жұмыс істейді.

Көп санашықты (көппроцессорлық) есептеу жүйесі (Multiprocessing system) . Оның құрамына (ақпарат және басқару жағынан өзара байланысқан) бірнеше процессор кіреді. Көппроцессорлық жүйеде есептеу жүктемесін процессорлар арасында бөліп-таратып отыратын, барлық процессорларға ортақ операциялық жүйе болады. Жеке процессорлар арасындағы өзара әрекеттестік ең қарапайым тәсіл (ортақ жедел жады) арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, барлық шеткері құрылғылар да жүйенің процессорларына ортақ болып табылады. Жүйенің барлық бөлшектері, әдетте, бір немесе бір-біріне жақын орналасқан бірнеше ғимараттарда орналасады.

Есептеу желілері - бөлініп-таралған есептеу жүйелерінің жекеше түрі.

2. Есептеуіш машинаның есептеуінің негізгі үлгілері

Қазіргі уақыттағы жоғары өнімділікті есептеу жүйелерінің дамуы негізгі төрт бағытта жүріп жатыр.

Векторлық-конвейерлік компьютерлер. Мұндай машиналардың екі ерекшелігі - конвейерлік функционалдық құрылғылар және векторлық командалардың жиыны. Дәстүрлі келістен айырмашылығы - векторлық командалар тәуелсіз деректердің бүтін массивтерімен операция жасайды, ал бұл болса, қол жетерлік конвейерлерді тиімді жүктемелеуге мүмкіндік береді, яғни А=В+ Скомандасы (екі санды емес) екі массивті қосуды білдіре алады. Бұл бағыттың жүзеге асырылу мысалдары ретінде CRAY векторлық-конвейерлік жүйелерін (мәселен CRAY EL, CRAY J90, CRAY T90, т. б) атап кетуге болады.

Бөлінген-таралған жадылы жаппай қатарластықты жүйелер. Мұндай (Massivaly Parallel Processing, MPP-жүйесі деп аталатын ) жүйелердің құрамына көптеп шығарылатын шағынпроцессорлар, кішігірім жады, бірнеше еңгізу-шығару құрылғысы кіреді және олар арнайыланған байласумен (қатынастық ортамен) өзара біріктірілелі. МРР-жүйесінің барлық жүйеге логикалық ортақ, бірақ физикалық бөлінген-таралған жадысы болады. Негізгі ерекшеліктері - шексіз масштабталулық қасиеті, яғни қажет болған жағдайда жүйенің өнімділігін арттыру оның процессорының санын көбейту арқылы жүзеге асырылады, т. с. с. МРР-жүйесінің мысалдары ретінде мына жүйелерді атап кетуге болады: ІВМ SP, RM 1000, SGI Origin 3000, HP Superdome, Parsytec, т. б. Бұл жүйелердің қатарына компьютерлер желісін де қосуға болады.

Ортақ жадылы қатарлас жұмыс істейтін жүйелер. Мұндай жүйелер екі және одан көп процессордан тұрады, барлық процессорлар біртұтас ортақ жадыда сақталатын деректермен жұмыс істей алады. Жүйенің барлық бөліктерін біріктіру үшін жүйелік құрсым (bus) немесе коммутатор пайдалануға болады. Осындай ортақ жадылы жүйелердің негізгі жағымсыз жағы - ортақ жадыға қатынас құра алатын процессорлар санының (техникалық себептер салдарынан) шектеулі болуы. Осы бағыттағы есептеу жүйелеріне қазіргі замандағы жүйелер (Symmetrical Multi-Processing, SMP-жүйелері) жатады. Мәселен, CS 6400, RM 600E, Ultra Enterprise 1, AlphaServer ES40, AlphaServer GS, Escala, Sun Fire 15K, т. б.

Соңғы бағыт, дәлірек айтсақ, өзінше дербес бағыт емес, алдыңғы үшеуінің қисындасуы болып табылады. Бірнеше (дәстүрлі немесе векторлық-конвейерлік) процессорлардан және оларға ортақ жадыдан есептеу түйіні құрылады да бірнеше түйін жоғары жылдамдықтары арналар арқылы біріктіріледі. Мұндай сәулет кластерлік деп аталады. Осылайша CRAY SV1, Exemplar SPP-2000/X, NEC SX-5, AlphaServer SC, т. б. сияқты жүйелер құрылған. Көбінесе бұларды МРР-жүйелеріне жатқызады. Қазіргі кезде осы бағыт жоғарғы өнімділікті компьютерлер құрастыруының ең болашағы бар жолы болып табылады.

Осы бағыттағы келесі бір жол - бірпроцессорлы компьютер, екі немесе төртпроцессордан тұратын кішігірім SMP-серверлерін белгілі бір есепті шешу үшін желі арқылы біріктірілген компьютерлер жиынтығын ( есептеу кластерлерін ) пайдалану. Осындай алғашқы кластерлер 10-мегабиттік Ethernet, SCI, Myrinet, cLAN, ServerNet, т. б. технологиялары қолданылады. Есептеу кластерлерінің мысалдары: Beowuif кластері, Avalon суперкомпьютері Chiba City, НИВЦ, т. б.

Осы бағыттың тағы бір жалғасы - бүгінгі күні қуаттары толық пайдаланылмай, бос тұрған компьютерлерді біріктіріп, өте үлкен есептеу қуаттарын жинақтау. Метакомпьютингтің (metacomputing) мақсаты Интернетке қосылған, әлемде таралған компьютерлерді және үлкен қуатты шеткері құрылғыларды метакомпьютерге біріктіретін бағдарламалық қамтама жасау болып табылады. Мәселен, Condor және Globus жүйелерін қолданған есептеу кластері.

СуперЭЕМ, суперкомпьютер (supercomputer) деп дәл осы шақтағы ең қуатты, ең жоғары өнімділігі бар компьютерлерді атайды. Дәлірек айтсақ: суперкомпьютер - бұл қазіргі кездегі тек ең жоғары өнімділікті ғана емес, сонымен бірге ең үлкен көлемді жедел және дискілік жадысы бар көппроцессорлық компьютерлер.

3. Операцияларды қатарластыра орналастыру. Жасанды қатарластық.

Жалпы түрлі қатарластық құрылым

Ағындар арасындағы әрекеттестік жиілігінің айтарлықтай аруы алгоритмдік құрылымның сипатын өзгертеді, яғни ол жалпы түрлі қатарластық құрылымға түрленеді. Бұл құрылымның қатарластыра есептеуді ұйымдастыру мен өңдеу жылдамдығын арттыру мумкіншілігі өте зор.

Қатарластыра өңдеу. Егер белгілі бір құрылғы бір операцияны 1 уақыт бірлігінде орындайтын болса, онда ол 1000 операцияны 1000 уақыт бірлігі (Т) ішінде орындап болады. Егер жұмысты бір уақытта бір-бірінен тәуелсіз орындайтын 5 құрылғы бар деп есептесек, онда осы 5 құрылғыдан құралған жүйе сол мың операцияны енді 200 уақыт бірлігінде орындай алады. Осылайша, р құрылғыдан тұратын жүйе сол жұмысты 1000/р уақыт бірлігінде орындайды. Әрине, бұл келтірілген мысалдардағы сияқты өңдеу уақытының тура Т/р болатыны практика жүзінде әрдайым сақталмайды.

Қатарластыра есептеуді ұйымдастырудың төрт деңгейін ажыратады (20) :

а) тапсырмалар қатарластығы - әрбір процессор (басқалардан тәуелсіз) жеке шығарылмалық есеппен жүктемелінеді. Мұндай қатарластыққа жәй пайдаланушыларға қарағанда жүйелік әкімшілер мүдделі;

б) бағдарлама деңгейіндегі қатарластық - есептеу бағдарламасы әр түрлі процессорларда бір уақытта орындалуы мүмкін бөліктерге бөлінеді;

в) командалар қатарластығы - әдетте төменгі деңгейде жүзеге асырылады (бұл, мәселен, конвейерлер, т. б. ) ;

г) машиналық сөздер және арифметикалық операциялар деңгейіндегі қатарластық - кейбір жағдауларда, мәселен, екі операндты қосу олардың екілік разрядтарын бір уақытта қосындалу арқылы орындалады.

Қазіргі кезде кез келген компьютердің сәулетінде қатарластық кездеседі. Pentium III, PA-8700, MIPS R1 4000, E2K, Power 3, т. б. шағын процессорының қайсысында болса да қатарластыра өңдеудің әйтеуір бір түрі пайдаланылады. Қатарластық идеясы ертеректе пайда болған. Басында олар тек кейбір компьютерлерде ғана ендірілген болатын. Содан кейін технологияны меңгеруе және өндіру бағасының арзандауына байланысты олар орта сыныптық компьютерлерде қолданыла бастады, ақыры, бүгінгі күнде олар толық көлемде жұмыс стансалары мен дербес компьютерлерде жүзеге асырылып жатыр.

Жады иерархиясының қатарластыққа тікелей қатысы жоқ, бірақ та ол компьютердің өнімділігін арттыру үшін өте маңызды ерекшеліктеріне жатады. Жады иерархиясы процессордың жұмыс істеу жылдамдығы мен жадыдан оқу уақыты арасындағы айырмашылықты бәсеңдетуге мүмкіндік береді. Жадының негізгі деңгейлері: регистрлер, бүркем-жады, жедел жады, дискілік жады. Жадыдан оқу уақыты дискілік жадыдан бастап регистрлікке қарай кемиді, ал бір сөзге (байтқа) шаққандағы бағасы өсе береді. Қазіргі кезде осындай иерархия тіпті дербес компьютерлерде де қолданыс тапқан.

Қатарластыра орындауға болатын бағдарламаны жазу үшін, алдымен оның ішіндегі әртүрлі процессорларда, функционалдық құрылғыларда немесе конвейердің әртүрлі сатысында бір уақытта есептеуге жарайтын бөліктерді анықтап алу керек. Бағдарламаның бөліктерге бөліну мүмкіндігі ондағы ақпараттық тәуелділіктердің бар-жоқтығы бойынша анықталады. Егер бір операцияның (бұл жерде операция деп жеке операторды немесе коданың ірілеу бөлшектерін түсінуге болады) орындалу нәтижесі екіншісінде аргумент ретінде қолданылатын болса, онда бағдарламаның екі операциясы ақпаратты түрде тәуелді деп аталады. Олай болса, бағдарламаны қатарластыра орындауға болатын түрге жеткізу үшін, оның ішіндегі ақпараттық түрде тәуелсіз операцияларды табу керек, одан кейін оларды есептеу құралдары арасында бөліп орналастыру қажет, олардың уақыт үйлесімдірілуін қамтамассыз ету керек.

Жасанды қатарластық. Берілген есеп бастапқы қойылымында шектес операциялар жиынтығының, тәуелсіз тармақтар, обьектілер жиынтығының қатарластығының біреуіне де жатпайтын болуы мүмкін. Бұл жағдайда жасанды қатарластық алу мақсатымен оны түрлендіру қажеттігі туады.

4. Табиғи және обьектілер жиынтығының қатарластығы.

Объектілер жиынтығының қатарластығы. Табиғи қатарластықтың бір түрі. Есеп әр түрлі, бірақ біртектес объектілер жайлы ақпаратты бір бағдарлама арқылы өңдеуге келтіріледі. Мысалы: ұшып бара жатқан аппараттар (ұшақ па, зымыран ба бәрібір) жайындағы деректер бірдей бағдарламамен өңделеді.

Тәуелсіз тармақтар қатарластығы. Күрделі есеп шешуге арналған бағдарламаның ішінен, кейбір кезеңдерге тәуелсіз тармақтар бөлініп шығады. Тиісті есептеу құралдары болған жағдайда, оларды қатарластыра орындауға болады. Тәуелсіз тармақтар болуы үшін 4 шарт орындалуы керек:

- олардың арасында функционалдық тәуелсіздік болуы керек. Х тармағының шықпа параметрі Ү тармағының кірме параметрі болмауы керек;

- олардың арасында жады жағынан тәуелдік болмауы керек. Олар деректер жазу үшін, екеуі де жадының бір ұяшығын пайдаланбауы керек;

- Олар бағдарлама жағынан бір-біріне тәуелсіз болуы керек. Екі тармақ жеке-жеке бағдарлама немесе микробағдарлама ретінде болуы мүмкін;

- олар басқару жағынан бір-бірінен тәуелсіз болуы керек. Ү тармағының орындалу шарты, Х тармағы орындалған кезде пайда болатын белгілерге тәуелді болмауы керек.

Тәуелсіз тармақтар қатарластығы ақпарат өңдеудегі қатарластықтың ең көп таралған түрлерінің бірі болып саналады. Бұл қатарластықтың объектілер жиынтығының қатарластығының өзгешелігі 3-ші шартта. Шынында да біртектес объектілер жиынтығын тәуелсіз тармақтар деп санауға болмайды. Өйткені біртектес объектілерді өңдеу бәріне ортақ бір бағдарлама бойынша жүргізіледі.

Жасанды қатарластық. Берілген есеп бастапқы қойылымында жоғарыда айтылған қатарластықтың біреуіне де жатпайтын болуы мүмкін. Бұл жағдайда жасанды қатарластық алу мақсатымен оны түрлендіру қажеттігі туады.

Қатарластыра есептеуді ұйымдастырудың (яғни қатарластықтың) төрт деңгейін ажыратады (20) :

в) командалар қатарластығы - әдетте төменгі деңгейде жүзеге асырылады (бұл, мәселен, конвейерлер, т. б. ) ;

5. Тәуелсіз тармақтар және шектес операциялар қатарластығы

Шектес операциялар қатарластығы. Қатарластықтың бұл түрі практикада жиі кездесетін мына жағдайға негізделген: і операциясын орындау мүмкіндігі оның алдындағы (і-1) операциясын орындау кезінде емес, одан ертерек, яғни (і-2) немесе (і-3), т. б. операциясын орындау уақытымен қатар келуі мүмкін. Мұндай жағдайда тиісті құрылымы бар есептеу жүйесінде і операциясын (і-1) операциясымен қатар орындауға болады.

6. Қатарластық деңгейлері

Жалпы түрлі қатарластық құрылым. Ағындар арасындағы әрекеттестік жиілігінің айтарлықтай аруы алгоритмдік құрылымның сипатын өзгертеді, яғни ол жалпы түрлі қатарластық құрылымға түрленеді. Бұл құрылымның қатарластыра есептеуді ұйымдастыру мен өңдеу жылдамдығын арттыру мумкіншілігі өте зор.

Қатарластыра есептеуді ұйымдастырудың төрт деңгейін ажыратады (20) :

в) командалар қатарластығы - әдетте төменгі деңгейде жүзеге асырылады (бұл, мәселен, конвейерлер, т. б. ) ;

Тапсырма деңгейіндегі параллелизм - параллелизмнің жоғарғы деңгейі. Мысалы, лаборатория немесе компьютер орталығы берілген уақыт аралығында көптеген есептердіорындайды. Оған үлкен компьютерлік желілерді сатып алу арқылы жетуге болады, кез - келген уақытта көп тапсырма орындалады, және қолданушының кез-келген тапсырмасы басқаларға қарағанда тез орындалмайды. Тапсырма деңгейіндегі параллелизм бір компьютер шегінде бір тапсырманы немесе бірнеше тапсырманың тәуелсіз есептер жиынтығы ретінде өңдей отырып қолданылады. Орталық процессор және енгізу - шығару жүйелері параллель жұмыс і стейді.

Программа деңгейіндегі параллелизмде әрбір программа бөліктерге, оның құраушыларына бөлінеді.

Жалпы, программа деңгейіндегі параллелизм екі әдіспен көрінеді:

● берілген программаның тәуелсіз бөліктердеге бөлу;

● итерациялар арасында ешқандай байланыс жоқ циклің жеке итерацияларын қолдану.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.