Лекція 1. Головні складові архітектури високопродуктивних обчислювальних систем

План лекції:

1. Історія розвиткувисокопродуктивних обчислювальних систем.

2. Класифікація паралельних архітектур по Флінну

3. Основні елементи архітектури високопродуктивних обчислювальних систем.

3.1.Конвеєри

3.2. RISC-процесори

3.3.Суперскалярні процесори

3.4.Суперскалярні процесори зі наддовгим командним словом

4. Архітектура багатоядерних процесорів

5. Різниця між многоядерною архітектурою і технологією гіперпоточності

6. Векторно-конвеєрні комп'ютери

7. Симметричні мультипроцесорні системи SMP

8. Системи з масовим паралелізмом (МРР)

Архітектура комп'ютера це опис основних комп'ютерних комплектуючих та їх взаємозв'язку.

Традиційна фон-нейманівська архітектура базується на таких принципах:

· програма зберігається на комп'ютері;

· програма під час виконання та необхідні для її роботи дані розташовані в оперативній пам'яті;

· існує арифметико-логічний пристрій, який виконує арифметичні та логічні операції над даними;

· існує пристрій управління, який інтерпретує команди, вибрані з пам'яті, та виконує їх;

· пристрої вводу та виводу (ВВ) використовуються для введення програм і даних і для відображення результатів обчислення. Працює під управлінням пристрою управління.

Інші методи підвищення продуктивності засновані на розширеннях традиційної архітектури фон Неймана, у тому числі:

· конвеєрній обробці команд і даних;

· використанні процесорів зі скороченим набором команд (RISC). Процесорами RISC більшість команд виконується за 1-2 такти;

· використанні суперскалярних процесорів;

· векторній обробці даних;

· використанні процесорів з наддовгим командним словом;

· використанні багатопроцесорних конфігурацій.

Найбільш перспективним класом високопродуктивних систем є багатопроцесорні системи. В організації багатопроцесорних обчислювальних систем можна підкреслити наступні ключові моменти:

· кількість окремих процесорів та їх архітектура;

· структура та організація доступу до оперативної пам'яті;

· топологія комунікаційної мережі і її швидкодія;

· робота з пристроями вводу-виводу.

Найбільш важливою характеристикою багатопроцесорної обчислювальної системи є її масштабованість. Масштабованість — це міра, яка вказує на те, чи можна вирішити дану проблему швидше, якщо збільшити кількість процесорних елементів. Цю властивість має як апаратне, так і та програмне забезпечення.