Архитектура, принципы построения современных вычислительных систем и комплексов. Вычислительные комплексы и сети систем РКО

1.

Военная кафедра
при Национальном исследовательском университете
«Высшая школа экономики»
ЛЕКЦИЯ
по учебной дисциплине
«Военно-специальная подготовка»
профессора военной кафедры при НИУ ВШЭ
полковника запаса Маслёнкина Е.В.
1

2.

Тема № 4 : «Архитектура, принципы построения
современных
вычислительных
систем,
комплексов
и
сетей.
Вычислительные
комплексы и сети систем РКО. МВК «Эльбрус».
Архитектура микропроцессоров, процессорных
модулей,
аппаратное
обеспечение
вычислительных комплексов»
2

3. 1. Системы обработки данных в средствах и системах РКО: основные понятия. Архитектура, принципы построения современных

Лекция 1: «Архитектура, принципы построения
современных вычислительных систем, комплексов и
сетей. Вычислительные комплексы систем РКО».
Учебные вопросы лекции:
1. Системы обработки данных в средствах и системах
РКО: основные понятия. Архитектура, принципы
построения современных вычислительных систем,
комплексов и сетей.
2. Предпосылки к созданию вычислительных
комплексов.
3. Архитектура ММВК и МПВК систем РКО и их
особенности. Реализация вычислительных
комплексов систем РКО.
3

4.

Литература:
1. Актерский Ю.Е. Сети ЭВМ и телекоммуникации: Учебное пособие. –
СПб.: ПВИРЭ КВ, 2005. – 223 с.
2. Вейцман К. Распределенные системы мини – и микро-ЭВМ; Пер. с англ.
М.: Финансы и статистика, 1982.
3. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. М.Наука, 1980.
А. М. Ларионов, С.А. Майоров, Г. И. Новиков. Вычислительные комплексы
системы и сети. – Ленинград: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ. Ленинградское
отделение, 1987. 179 с.
4. Прангишвили И.В., Подлазов В.С., Стецюра Г.Г. Локальные
микропроцессорные вычислительные сети.. М.: Наука, 1984.
5. Сипсер Р. Архитектура связи в распределенных системах: Пер. с англ. М.:
Мир, 1981. Т. 1, 2.
6. Якубайтис Э.А. Информационно-вычислительные сети. И.: Финансы и
статистика, 1984.
7. Материалы периодической печати за 2010-2014 гг.( журналы: « ВКО»,
«Авиация и космонавтика», «Новости космонавтики»).
8. Материалы интернет статей по истории развития ЭВМ и
специализированных ЭВМ.
4

5. Учебный вопрос №1 Системы обработки данных в средствах и системах РКО: основные понятия. Архитектура, принципы построения

современных вычислительных систем,
комплексов и сетей
Система обработки данных (СОД) – совокупность
технических средств и программного обеспечения,
предназначенная
для
информационного
обслуживания
пользователей
и
технических
объектов.
В
состав
технических
средств
входит
оборудование для ввода, хранения, преобразования
и вывода данных, в том числе ЭВМ, устройства
сопряжения ЭВМ с объектами, аппаратура передачи
данных, и линии связи.
5

6. Многомашинный вычислительный комплекс с косвенной прямой связью между ЭВМ

ЭВМ
НМЛ
НМЛ
ЭВМ
НМЛ
НМЛ
НМЛ
ЭВМ
НМЛ
КВВ
НМЛ
Адаптер
КВВ
НМЛ
ЭВМ
НМЛ
6

7. Система телеобработки данных

Пользователи
Устройство
сопряжения
с каналами
связи
ЭВМ
(вычислительный
комплекс)
Терминалы
{
{
Каналы связи
7

8. Вычислительная сеть

ЭВМ
ЭВМ
УС
ЭВМ
УС
СПД
УС
ЭВМ
УС
ЭВМ
ЭВМ
8

9. Локальная вычислительная сеть

Терминалы пользователей
ЭВМ
ЭВМ
СА
СА
...
ЭВМ
ЭВМ
СА
СА
Моноканал
9

10. Классификация СОД

Сосредоточенные системы
Локальные
Вычислительные
сети
Глобальные
Системы
телеобработки
Вычислительные
системы
Многопроцессорные
Вычислительные
комплексы
Многомашинные
ЭВМ
Системы
обработки данных
Распеределенные системы
10

11. Учебный вопрос №2 Предпосылки к созданию вычислительных комплексов

Естественный параллелизм независимых задач - в систему
поступает непрерывный поток не связанных между собой задач,
т.е. решение любой задачи не зависит от результатов решения
других задач. В этом случае использование нескольких
обрабатывающих
устройств
при
любом
способе
комплексирования
(косвенном
или
прямом)
повышает
производительность системы.
Параллелизм независимых ветвей - при решении большой
задачи могут быть выделены отдельные независимые части –
ветви
программы,
которые
при
наличии
нескольких
обрабатывающих устройств могут выполняться параллельно и
независимо друг от друга.
11

12. Ярусно-параллельная форма программы

x1
x2
1
1
1
x3
x4
y
T
15
2
10
1
2
y
x5
y
2
2
Ярус 0
2
3
y
x7
x5
y12
3
20
4
3
1
y
y
y14
x3
7
y
x5
5
30
3
2
y
4
2
8
20
y
15
25
5
3
y
y
7
3
y
11
y18
x10
y16
9
50
y
10
5
1
x9
1
1
y27
y28
13
10
y113
i 1
i
435
10
Ярус 1
30
Ярус 2
12
y38
t
y26
5
2
y111 y19 y12
2
y11
y112
2
x11
14
y110
6
40
2
4
x8
N 14
40
60
x1
Ярус 3
Ярус 4
y114
28

13. Структурная схема конвейера операций

ca1ni321i35642n b b 2
biin n 1 212
312i3
12
564b
nb
Структурная схема конвейера операций
а)
А
СП
ВП
СМ
НР
В
Классификация систем
параллельной обработки
• Системы с одиночным потоком
одиночным потоком данных (ОКОД).
• Системы с множественным потоком
одиночным потоком данных (МКОД).
• Системы с одиночным потоком
множественным потоком данных (ОКМД).
• Системы с множественным потоком
множественным потоком данных (МКМД).
команд
и
команд и
команд
и
команд и
13

14. Система ОКОД (а), МКОД (б, в), ОКМД (г), МКМД (д)

ЗУК
УУ
К
ЗУК
...
Д
АЛУ
УУ
ЗУ
ЗУК
К
Д
К
Р
Д
УУ
К
УУ
АЛУ
ЗУД
Р
Д
АЛУ
Р
К
Д
АЛУ
ЗУД
К
Р
д)
К
УУ
АЛУ ... АЛУ
ЗУД
Р
Р
ЗУ
К
К
АЛУ
ЗУД
К
ЗУК
УУ
К
Д
АЛУ
e)
К
ЗУ
...
Д
ЗУД
ЗУ
...
ЗУК
К
в)
...
ЗУ
б)
...
а)
АЛУ
Р
14

15. Учебный вопрос №3 Архитектура ММВК и МПВК систем РКО и их особенности

Многомашинный
вычислительный
комплекс
(ММВК) – комплекс, включающий в себя две или
более ЭВМ (каждая из которых имеет процессор,
ОЗУ, набор периферийных устройств и работает под
управлением собственной операционной системы),
связи между которыми обеспечивают выполнение
функций, возложенных на комплекс.
По характеру связей между ЭВМ комплексы
делятся на три типа: косвенно-, или слабосвязанные;
прямосвязанные; сателлитные
15

16. Связи между ЭВМ и ММВК

ООЗУ
ЭВМ1
ЭВМ2
Канал
прямого
управления
П
ОЗУ
ОЗУ
КВВ
МК МК СК
П
КВВ
СК
СК СК МК МК
АКК
УВВ
УУ
УВВ
ВЗУ
16

17. Многопроцессорный вычислительный комплекс (МПВК) – это комплекс, включающий в себя два или более процессоров, имеющих общую

оперативную
память, общие периферийные устройства и
работающих
под
управлением
единой
операционной системы (ОС).
Связи в МПВК
П1
П3
П2
ОЗУ1
ОЗУ2
ППВ
17

18. С общей шиной; с перекрестной коммутацией; с многовходовыми ОЗУ - три типа структурной организации МПВК

МПВК с общей шиной
а)
б)
П1
П2
ОЗУ1
ОЗУ2
ОЗУ3
ВЗУ
УВВ
УВВ
П1
П2
ОЗУ1
ОЗУ2
Общая
шина
Общая шина 1
Общая шина 2
ОЗУ3
ВЗУ
УВВ
УВВ
18

19. МПВК с перекрестной коммутацией

а)
ОЗУ1
П1
ОЗУ2
ОЗУ3
КМ
КВВ1
П2
КВВ2
б)
ОЗУ1
П1
ОЗУ2
ПУ1
ОЗУ3
ПУ1
ПУ1
КМЦУ
КМПУ
КВВ1
П2
КВВ2
ПУ1
ПУ1
ПУ1
19

20. МПВК с многовходовым ОЗУ

a)
П1
ОЗУ1
П2
ОЗУ2
КВВ1
б)
ОЗУ1
КВВ2
П2
П1
ОЗУ2
КВВ1
ОЗУ3
ОЗУ3
ОЗУ4
ОЗУ5
КВВ2
20

21. Реализация вычислительных комплексов систем РКО

Комплекс «Эльбрус»
...
ПУ
ЦП1
КМ
...
КМ1
ЦП10
ПВВ1
КМ
КМ
...
МОП1 МОП2 МОП3 МОП4
ПУ
ПУ
...
... ПУ
ПВВ4
КМ
КМ8
МОП29 МОП30 МОП31
МОП32
21

22. Заключение

С вами сегодня были рассмотрены вопросы, касающиеся
построения систем обработки данных в средствах и системах
РКО,
архитектуры,
принципов
построения
современных
вычислительных систем, комплексов и сетей, архитектуры
ММВК и МПВК и их особенностей. Затронут вопрос архитектуры
МПВК «Эльбрус».
Один из основных факторов, определяющих развитие
вычислительной техники в целом и вычислительных систем в
частности, – это высокая производительность. Общий метод
увеличения производительности – организация параллельной
обработки информации, т. е. одновременное решение задач или
совмещение во времени этапов решения одной задачи. Чего
можно добиться построением вычислительных комплексов.
Подводя
итог
сравнению
комплексов
с
различной
организацией, следует повторить, что однозначного ответа на
вопрос о преимуществах того или иного способа организации
дать нельзя. В каждом конкретном случае это должно решаться
в зависимости от предъявляемых требований по надежности,
производительности, от характера задач и рабочей нагрузки.
22

23.

Военная кафедра
при Национальном исследовательском университете
«Высшая школа экономики»
Благодарю за внимание
23