СУЭБ ИВТ СО РАН |
А.М.Федотов |
Концептуальное представление о средствах обработки информации, получивших название ВС, базируется на модели коллектива вычислителей, на понятиях параллельного алгоритма, архитектуры и макроструктуры ВС. Логика развития ВТ и дуализм понятия «вычислитель» порождают понятие «коллектив вычислителей», допускающее двойное толкование: и как ансамбль людей, занятых расчетами, и как система аппаратурное программных средств для обработки информации. Коллектив аппаратурно-программных вычислителей является ВС. Архитектура ВС основывается на структурной и функциональной имитации коллектива (ансамбля) людей-вычислителей. Степень адекватности такой имитации определяет потенциальные архитектурные возможности вычислительной системы.
Каноническую основу конструкции ВС и ее функционирования составляет модель коллектива вычислителей, которая представляется парой:
где Н и А - описание конструкции (или конструкция) и алгоритм работы коллектива вычислителей.
Конструкция коллектива вычислителей описывается в виде
где С = {ci} - множество вычислителей ci, i = 0, N – 1; N - мощность множества C; G - описание макроструктуры коллектива вычислителей, т.е. структуры сети связей между вычислителями ci ∈ C (или структура коллектива).
Конструкция коллектива вычислителей есть отражение следующих основополагающих архитектурных принципов:
Данные принципы противоположны принципам, лежащим в основе конструкции вычислителя . Принцип программируемости структуры является столь же фундаментальным в области архитектуры средств обработки информации, сколь основательны предложения фон Неймана (он предложил хранить программу работы ЭВМ в ее памяти и модифицировать программу с помощью самой же машины). Требования принципа программируемости структуры сводятся к тому, чтобы в коллективе вычислителей была заложена возможность хранения описания его изначальной физической структуры, априорной автоматической (программной) настройки проблемно-ориентированных (виртуальных) конфигураций и их перенастройки в процессе функционирования с целью обеспечения адекватности структурам и параметрам решаемых задач и достижения эффективности при заданных условиях эксплуатации.
Уровень развития вычислительной математики и техники, а также технологии микроминиатюризации (микроэлектроники и наноэлектроники) уже сейчас позволяет в некоторых областях вместо принципа однородности (состава С и структуры G) использовать принцип квазиоднородности (или виртуальной однородности) конструкции Н. Более того, можно ограничиться лишь требованием совместимости вычислителей в коллективе и использовать неоднородные структуры. Однако вместе с этим следует отметить, что принцип однородности при создании высокопроизводительных ВС имеет не меньшую значимость, чем принцип совместимости ЭВМ третьего поколения.
Модель коллектива вычислителей или модель ВС:
где С - множество вычислителей; G - структура сети связей между вычислителями; А - алгоритм работы множества С как коллектива вычислителей (взаимосвязанных через сеть G) при реализации параллельной программы Р обработки данных D.
Эта модель ВС является формализованным описанием коллектива вычислителей, ориентированного («запрограммированного») на решение сложной задачи и реализующего процесс параллельных вычислений. Здесь уместно отметить опыт по организации параллельных вычислений, которые были осуществлены в 1950-х годах математиком А.А. Самарским (1919-2008; академик АН СССР с 1976 г.). Требовалось выполнить сложные расчеты, связанные с созданием ядерного оружия, а в распоряжении были только арифмометры. Для расчетов был привлечен больной коллектив сотрудниц-вычислителей, которым были распределены исходные данные. Каждая сотрудница реализовывала свою ветвь вычислений (рассчитывала свои узлы сетки). Обмен данными между сотрудницами (параллельными ветвями вычислений) осуществлялся путем передачи листов бумаги с полученными числами. Такой параллельный процесс вычислений позволил решить задачу в срок!
Модель коллектива вычислителей допускает создание средств обработки информации разнообразных конфигураций. Представление коллектива вычислителей в качестве макровычислителя делает возможным формирование сверхколлективов или систем коллективов, или макровычислительных систем. Модель коллектива вычислителей применима и на микроуровне; с ее помощью можно строить вычислитель как коллектив, составленный из микровычислителей.
Средства, основанные на модели коллектива вычислителей, называются вычислительными системами. Они заняли прочные позиции в современной индустрии обработки информации (точнее, в индустрии параллельных вычислений). Наиболее полно принципы модели коллектива вычислителей воплощены в ВС с программируемой структурой. Концепция таких ВС была предложена в Сибирском отделении АН СССР. Разработка теоретических основ и принципов технической реализации, а также создание первых ВС с программируемой структурой были осуществлены к началу 70-х годов XX в.
Дополнительная
Ключевые термины публикации:Вычислительная система; Архитектура вычислительной системы; Параллелизм; Параллельные вычислительные системы; Модель вычислителя; Вычислительные системы с программируемой структурой;
© 2013-2024, Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, Астана © 2007-2024, Новосибирский государственный университет, Новосибирск © 1998-2024, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск © 1998-2024, Федотов А.М. |
ФИТ НГУ НГУ ЕНУ им.Гумилева ИВТ СО РАН |