Общая классификация вычислительных систем

Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы: по целевому назначению и выполняемым функциям, типам и числу ЭВМ или процессоров, архитектуре системы, режимам работы, методам управления элементами системы, степени разобщенности элементов вычислительной системы и др.

По назначению вычислительные системы делят на универсальные и специализированные. Универсальные ВС, или ВС общего назначения, предназначены для решения широкого круга задач, состав которого заранее не определен. Специализированные ВС ориентированы на решение узкого, заранее определенного класса задач. Специализацию ВС могут обеспечивать различные средства:

· сама структура системы (количество и типы параллельно работающих функциональных элементов, связи между ними и т.д.) может учитывать особенности выполняемых операций: матричные вычисления (процессор, в составе команд которого есть команды с векторными операциями, называют векторным), решение алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений, операции быстрого преобразования Фурье (такой процессор относят к процессорам цифровой обработки сигналов) и т.п. Практика разработки таких ВС показала, что чем уже класс задач, для решения которых предназначается специализированная ВС, тем большую производительность можно обеспечить при сокращении затрат ресурсов;

· специализация ВС может определяться наличием в составе ее периферийных устройств специального оборудования, для работы с которым требуется специальное программное обеспечение.

По виду составляющих элементов вычислительные системы принято подразделять на многомашинные и многопроцессорные ВС. Многомашинная ВС (ММВС) содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою оперативную память и работает под управлением своей операционной системы. Обмен между ЭВМ идет с помощью специальных дополнительных программных и аппаратурных средств. Работа в условиях параллелизма множества объектов — наиболее целесообразная область применения ММВС.

Если в качестве элементов ВС используются процессоры, то такая ВС относится к классу многопроцессорных. Многопроцессорная ВС (МПВС) — эффективное средство решения задач с параллелизмом входных данных; ее также можно использовать и при параллелизме множества задач. В зависимости от типов ЭВМ или процессоров, из которых состоит ВС, различают однородные и неоднородные системы. В составе однородных систем — однотипные ЭВМ или процессоры, в составе неоднородных — разнотипные. В однородных системах значительно упрощается разработка и обслуживание технических и программных (в основном ОС) средств. В них обеспечивается возможность стандартизации и унификации соединений и процедур взаимодействия элементов системы, упрощается обслуживание систем, облегчается модернизация и их развитие. Вместе с тем существуют и неоднородные ВС, в которых комплексируемые элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам и могут представлять собой специализированные процессоры.

По характеру пространственного распределения элементов ВС делятся на системы сосредоточенного (локального) и распределенного типов. Обычно такое деление касается только ММВС: в этом классе можно найти вычислительные системы как распределенного, так и локального типов. Как правило, многопроцессорные системы относятся к системам локального типа. Более того, благодаря успехам микроэлектроники локализация ресурсов в микропроцессорах может быть очень глубокой: в перспективных СБИС появляется возможность иметь на одном кристалле несколько параллельно работающих процессоров.

Если взаимодействие ЭВМ в составе многомашинной ВС распределенного типа организуется с помощью специальных линий связи, то такую ВС называют вычислительной сетью.

В локальных и распределенных ММВС сильно различается оперативность взаимодействия в зависимости от удаленности ЭВМ: время передачи информации между соседними ЭВМ, соединенными простым кабелем, может быть много меньше времени передачи данных по каналам связи.

По методам управления элементами различают ВС централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением. Каждая из этих структур имеет определенные достоинства и недостатки по отношению к структурам других типов.

В централизованных ВС управление системой возлагается на одну главную — диспетчерскую — ЭВМ или процессор. Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованные системы имеют более простые ОС. Однако выход из строя управляющей машины-диспетчера полностью парализует работу всей системы; кроме того, в централизованной ВС усложняется процесс отладки. Это ее недостатки.

В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ или процессор системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ММВС, и в частности сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управлений. В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управлений. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ или процессорами различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. Плавающее закрепление функций обеспечивает высокую гибкость и надежность функционирования системы, но это связано с дополнительными затратами ресурсов на решение задачи динамического размещения программных модулей и массивов данных.

По режиму работы различают вычислительные системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Оперативный режим ВС характеризуется тем, что время реализации алгоритма представляет собой фактор, определяющий эффективность системы. В неоперативных ВС такой зависимости нет.

В свою очередь в оперативных ВС выделяют системы, работающие в реальном времени — мягком» и «жестком». Понятие реального времени подчеркивает, что допустимое время реализации алгоритма определяется динамикой объекта управления.

В системах «мягкого» реального времени допускаются (но достаточно редко) ситуации, когда временные ограничения на время реализации алгоритма не выполняются. Для систем «жесткого» реального времени справедливо утверждение: «Правильное решение, полученное с опозданием, есть ошибочное решение» и это правило работает всегда, без каких бы то ни было исключений.

Вычислительные системы реального времени характеризуются, как правило, повышенными требованиями к надежности функционирования и высокой степенью автоматизации процедур подготовки входных данных.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: