MIMD – вычислительные системы

- Мультипроцессорные

a. SMP-системы – симметричные мультипроцессорные системы

Рисунок – диаграмма устройства системы с симметричной мультипроцессорностью. Процессоры обращаются к общей памяти по общей шине.

Рисунок – SMP-машина с коммутируемым соединением процессоров

ТАБЛИЦА КЛАССИФИКАЦИЯ MIMD

Относятся к системам с однородным доступом к памяти, все процессорные элементы используют физическую память одновременно. Каждый микропроцессор может иметь собственный кэш. Называются симметричные, потому что используется несколько одинаковых процессоров, имеющих единообразное подключение к общей памяти. Процессоры тесно связаны друг с другом через общую шину, имеют равный доступ ко всем ресурсам и управляются одной копией операционной системы. Имеется 2 способа подключения к общей памяти: посредством общей шины и через коммутируемое соединение. Через общую шину – самый простой и дешевый способ, однако в таких системах невозможно применять большое количество процессорных элементов (т.к. чем больше процессоров, тем больше нагрузка на общую шину и процессоры начинают ожидать освобождение шины.) Количество процессорных элементов 2,4,8. При коммутируемом соединении общая память делится на банки памяти, каждый банк памяти имеет собственную шину, каждый процессор соединен со всеми шинами, имея доступ по ним к любому банку памяти. Такое соединение схемотехнически более сложное, но позволяет каждому процессору одновременно обращаться к памяти, количество процессоров от 8 до 16. Основной проблемой SMP-систем является опасность несовпадения информации в кэш памяти двух и более процессоров при решении одной и той же задачи. Представим, что один процессор изменяет значение переменной в своем кэш, а другой запрашивает эту переменную из основной памяти и он получает старое значение. Решение - возлагается на протокол согласования (когерентности) кэш, который призван обеспечить когерентность КЭШей всех процессоров и основной памяти без потери общей производительности. SMP системы редко превышают 32 процессора.

b. NUMA-системы – неравномерный доступ памяти

В такой системе время обращения к памяти определяется ее расположением по отношению к процессорам. Системы состоят из однородных базовых узлов, содержащих небольшое число процессоров с модулями основной памяти, при этом они могут обращаться к памяти другой группы процессоров, обращение к ней производится более медленно, чем к собственной. Системы позволяют увеличить число процессоров до 128. Системы аппаратно становятся сложными, сложной является операционная система и остается проблема когерентности КЭШей.

- Мультикомпьютеры

a. MPP – системы с массовым параллелизмом

Суперкомпьютер ИКИТ СФУ обеспечивает научных сотрудников, преподавателей, аспирантов и студентов современными вычислительными мощностями в проведении исследований и экспериментов. В составе комплекса находятся 224 вычислительных узла IBM Blade HS21. Каждый узел включает в себя 4 Gb оперативной памяти и два четырехядерных процессора Xeon quad core 2.33 GHz; два высокопроизводительных узла IBM System X 3950, объединенные в одну вычислительную систему по четыре четырехядерных процессора и 16 Gb оперативной памяти в каждом узле. Система хранения данных IBM DS3400 представляет собой единое дисковое пространство емкостью 4 Tb. Пропускная способность вычислительной сети Infiniband, которая объединяет узлы кластера, достигает 20 Gbit/s.
       Производительность комплекса, согласно тесту linpack, составляет 9,287TFlops. Пиковая производительность – 16 872,3MFlops. Суперкомпьютер СФУ, на сегодняшний день, занимает 9 место в списке пятидесяти самых мощных компьютеров России.

Данные компьютеры представляют собой многомашинные системы с распределенной памятью, которые с помощью некоторой коммуникационной среды объединяются в однородную вычислительную систему. Каждый компьютер может быть многопроцессорным, он соответствует узлы вычислительной системы, в каждом узле функционирует либо полноценная ОС, либо урезанный вариант, поддерживающий только базовые функции, а основная ОС работает на специальном управляющем компьютере. Процессоры в таких системах имеют прямой доступ к памяти, доступ к памяти других узлов реализуется с помощью сети или коммутатора. Достоинство - хорошая масштабируемость. Количество процессоров - 2048

b. Кластеры

Являются логическим продолжением идей MPP архитектуры. Если в MPP системе применяются специализированные процессорные модули, то в кластерных используются обычные серийно выпускаемые компьютеры

Топологии кластерных систем