Понятие о современных вычислительных системах

Параллельные вычислительные системы (ВС) являются одними из самых перспективных направлений увеличения производительности вычислительных средств. При решении задач распараллеливания существует два подхода:

1. Имеется параллельная система, для которой необходимо подготовить план и схему решения поставленной задачи, т.е. ответить на следующие вопросы о том, в какой последовательности будут выполняться программные модули, на каких процессорах, как происходит обмен данными между процессорами, каким образом минимизировать время выполнения поставленной задачи.

2. Имеется класс задач, для решения которых необходимо спроектировать параллельную вычислительную систему, минимизирующую время решения поставленной задачи, при минимальных затратах на её проектирование.

При создании параллельных вычислительных систем учитываются различные аспекты их эксплуатации, такие как множественность решаемых задач, частоту их решения, требования к времени решения и т.д., что приводит к различным структурным схемам построения таких систем. Перечислим их в порядке возрастания сложности:

· однородные многомашинные вычислительные комплексы (ОМВК), которые представляют собой сеть однотипных ЭВМ;

· неоднородные многомашинные вычислительные комплексы (НМВК), которые представляют собой сеть разнотипных ЭВМ;

· однородные многопроцессорные вычислительные системы (ОМВС), которые представляют собой ЭВМ с однотипными процессорами и общим полем оперативной памяти или без него;

· неоднородные многопроцессорные вычислительные системы (НМВС), которые представляют собой системы с разнотипными процессорами и общим полем оперативной памяти или без него.

Система, представленная множеством описаний W={K,A}, где K – описание конструкций ВС, А – описание алгоритма работы множества вычислительных модулей, называется вычислительной. Описание К составляет множества значений {M,S}, где М – множество базовых вычислительных устройств {mi}, i=0,..., N-1, где под базовыми вычислительными устройствами понимаются ЭВМ, процессоры, блоки памяти, внешние устройства. S – сеть связей между множествами элементов базиса.

В конструкцию К должны быть заложены следующие принципы:

а) параллелизм при обработке информации, т.е. организация вычислений одновременно на множестве вычислительных модулей М с организацией в случае необходимости обмена данными через сеть S;

б) адаптация конфигурации сети S к решаемой задаче. Алгоритм А обеспечивает наряду с требуемой обработкой управление одновременной работой определённым множеством ВМ и необходимым обменом данными между ними.

Сеть S должна обеспечивать в каждый момент времени требуемый обмен данными между вычислительными модулями. Наиболее подходящей для этой цели является сеть по полному графу, т.е. связь каждого вычислительного модуля с каждым. Построение такой сети для большого количества вычислительных модулей, содержащихся в современных ВС, является сложной и дорогостоящей процедурой. В связи с чем, разрабатываются различные типы и конфигурации сетей, в которых обеспечиваются связи в зависимости от различных требований. Очевидно, что в таких сетях, как правило, возникает необходимость транзитной передачи информации с помощью вычислительных модулей, попадающих в контур передачи информации. Такие передачи, естественно, требуют дополнительных затрат времени, в связи с чем возникает задача минимизации этих затрат c помощью выбора конструкций тех или иных разновидностей сетей с учетом структуры решаемых задач. Вследствие этого проблему выбора графа межмодульных связей необходимо рассматривать в нескольких аспектах:

· минимизация времени выполнения межмодульных обменов;

· максимизация числа одновременно выполняемых обменов;

· максимальная сохранность связности при выходах из строя ВМ и линий.

1.2 Структура ВС типа «Циркулянт»

В настоящее время в индустрии ВС получили широкое распространение коммутационные структуры (КС) типа циркулянтных. Эти структуры традиционно представляются D_n -графами.

Циркулянтой называется D_n-граф, представляемый в виде множества , где N – число вершин в графе, вершины нумеруются от 0 до N-1, – множество образующих чисел таких, что , а для чисел наибольший общий делитель, равен 1, n – число образующих чисел. Вершина i соединяется ребрами с вершинами .

Если граф коммутационной структуры имеет равные степени вершин, то КС называется симметричной, и несимметричной – в противном случае.

Циркулянта относится к классу симметричных КС. Пример циркулянты, представленной в виде двумерной матрицы или хордового кольца показан на рисунке 1 для {7,1,3}.

Рисунок 1 - Пример циркулянты {7,1,3}, изображенной в виде двумерной матрицы (а) и хордового кольца (б)

Для выполнения работы задана циркулянта {49, 1, 3, 4, 5, 7}.

Дата добавления: 2015-11-14