Многопроцессорный вычислительный комплекс на основе коммутационной матрицы с симметричной обработкой заданий всеми процессорами

 Медный всадник - Это ВАМ не Медный змий...

Но в любом из двух вариантов, возможных для человека (невольник коллективной психики либо её сотворец) индивидуальная психика — элементная база коллективного разума и коллективной психики, однако обладающая собственным индивидуальным разумом, по какой причине элементная база может осмыслить факт порождения ею коллективного разума в составе коллективной психики, после чего способна управлять процессом её становления и бытия по своему нравственно обусловленному произволу. Для понимания существования коллективного разума достаточно курса физики средней школы и рассмотрения процессов обработки информации в сети ЭВМ, например в “Интернет”, или на многопроцессорном вычислительном комплексе, когда разные фрагменты одной и той же задачи согласованно и взаимно дополняюще друг друга решаются на разных машинах. Тем не менее, человек может согласиться с объективностью факта информационного обмена между людьми (в том числе и на основе биополей), но будет возражать против возможности существования коллективного разума людей

 С физикой — от счетов к современным компьютерам

Дальнейшее развитие компьютеров связано с использованием интегральных схем, впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом. Интегральная схема — это множество, от десятков до миллионов, транзисторов, размещенных на одном кристалле полупроводника. Использование интегральных схем (компьютеры третьего поколения), больших и сверхбольших интегральных схем (четвертое поколение) привело к значительному упрощению процесса изготовления ЭВМ и увеличению их быстродействия. В 80-е годы началось изготовление персональных компьютеров, которые постепенно приобрели современный вид. Примерно тогда же появились первые мобильные компьютеры, или ноутбуки. Огромной производительности достигли многопроцессорные вычислительные комплексы — так называемые суперкомпьютеры. Почему же именно изобретение триода и транзистора определило весь путь развития компьютеров? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить об основных принципах работы компьютера. Сердце современного компьютера — это его центральный процессор, поэтому остановимся на нем. Основная функция процессора — обработка информации, т. е. выполнение различных операций над данными.

 Открывая тайны океана

Для предотвращения обмерзания тросов и кабель-тросов при выбирании их из воды установлены устройства, удаляющие воду с их поверхности во время подъема научной аппаратуры. На НИЛ «Отто Шмидт» впервые проведены детальные наблюдения за ломкой льда форштевнем. Это стало возможным благодаря тому, что на судне установлено выдвижное телескопическое устройство. Оно позволяет выносить вперед от форштевня на расстояние до 8Pм аппаратуру для проведения актинометрических исследований. На этом же выдвижном устройстве крепится и опускаемая вниз беседка для наблюдения за процессом ломки льда. А ведь ранее наблюдать ломку льда вблизи не представлялось возможным, так как с борта судна этого не увидишь, а со льда близко к работающему ледоколу не подойти. Во всех лабораториях на НИЛ установлены комплекты вычислительных устройств, предназначенные для первичной обработки научной информации. Обобщение и обработка научной информации, а также координация выполнения научно-исследовательских работ производятся с помощью управляющего вычислительного комплекса, выполненного на основе мини-ЭВМ третьего поколения

 Сравнение темпов развития ЭВМ с темпами эволюции человека

Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это – суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAC-4, за ней появились CRAY, CYBER и др. из отечественных машин этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС. В развитии человечества на смену «железного» века пришел век «научных открытий» с 16 в по конец 20в. В этот период возрастает количество научных открытий: таких как изобретение телескопа, книгопечатания, микроскопа. В 1895 русский физик и электротехник смонтировал первый в мире радиоприемник, с помощью которого беспроволочная радиосвязь была осуществлена на расстояние 600 м, а в 1897 — уже на 5 км. На Западе изобретателем радио считается итальянский радиотехник Г. Маркони (1874-1937), который в 1898 организовал связь между сушей (селение близ Дувра) и небольшим судном, стоявшим на якоре на расстоянии 19 км от берега. В 1901 его радиосигналы, посланные через Атлантический океан, достигли берегов Северной Америки. Позже 12 апреля 1961 первый человек побывал в космосе.

 История вычислительной техники в лицах

Королев Государственная комиссия под председательством М.В. Келдыша, в то время президента Академии наук СССР, принимавшая БЭСМ-6, дала машине высокую оценку. На основе БЭСМ-6 были созданы центры коллективного пользования, системы управления в реальном масштабе времени, координационно-вычислительные системы телеобработки и т.Pд. Она использовалась для моделирования сложнейших физических процессов и процессов управления, а также в системах проектирования для разработки математического обеспечения новых ЭВМ. Принятые при ее создании принципиальные технические решения обеспечили ей завидное долголетие: БЭСМ-6 выпускалась промышленностью 17 лет! Машины снискали заслуженную любовь пользователей и в 70-х годах составляли основу парка высокопроизводительных ЭВМ. При советско-американском космическом полете «Союз-Аполлон» управление осуществлялось новым вычислительным комплексом, в состав которого входили БЭСМ-6 и другие мощные вычислительные машины отечественного производства, разработанные учениками С.А. Лебедева. Если раньше сеанс обработки телеметрической информации длился около получаса, то на новом комплексе это делалось за одну минуту, вся информация обрабатывалась почти на полчаса раньше, чем у коллег в США

 История развития ЭВМ

Многопроцессорные вычислительные системы, сети, ЭВМ V поколения. 1.Магистральная организация процессоров ЭВМ. При магистральной организации процессоры связываются в систему так, что входные данные одного из них являются исходными для другого. Получаемый ряд процессоров последовательно обрабатывают отдельные части задачи. Быстродействие ЭВМ с такой организации процессоров порядка 100 млн. операций в секунду. Иллюстрация принципа магистральной обработки информации. Вход (А,В) 2.Матричная параллельная организация процессоров. При параллельном процессе программа каждой задачи реализуется на отдельном процессоре. Здесь появляется возможность как несколько независимых задач, так одну сложную задачу. Быстродействие примерно 200 млн. операций в секунду (“Иллиак-4” (США) содержит 64 процессора). Для матричного процессора характерен режим совместного исполнения (все процессоры работают синхронно. Матричная организация процессоров. шина канал данных состояний Матричный процессор 3.Мультипроцессорная организация с общей оперативной памятью.

 Локальные сети на основе коммутаторов

В настоящее время коммутаторы используют в качестве базовой одну из трех схем взаимодействия своих блоков или модулей: коммутационная матрица; разделяемая многовходовая память; общая шина. Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе. Коммутаторы на основе коммутационной матрицы Коммутационная матрица - основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако, реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора (рисунок 4.2). Рис. 4.2. Коммутационная матрица Более детальное представление одного из возможных вариантов реализации коммутационной матрицы для 8 портов дано на рисунке 4.3. Входные блоки процессоров портов на основании просмотра адресной таблицы коммутатора определяют по адресу назначения номер выходного порта. Эту информацию они добавляют к байтам исходного кадра в виде специального ярлыка - тэга ( ag). Для данного примера тэг представляет просто 3-х разрядное двоичное число, соответствующее номеру выходного порта. Рис. 4.3. Реализация коммутационной матрицы 4х4 с помощью двоичных переключателей Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга.

 Архитектура ЭВМ

Содержание 1. Обобщенная структура центрального процессора 2. Центральное Устройство Управления. 3. Основные характеристики и классификация устройств управления 4. Арифметико-Логическое Устройство (АЛУ) 5. Назначение и классификация АЛУ. 6. Структура АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксированной запятой 7. Структура АЛУ для умножения чисел с фиксированной запятой (сумматор частичных произведений) 8. Умножение, начиная с младших разрядов множителя со сдвигом суммы частичных произведений вправо и при неподвижном множимом. 9. Умножение, начиная с младших разрядов множителя при сдвиге множимого влево и неподвижной сумме частичных произведений. 10. Умножение, начиная со старших разрядов множителя при сдвиге суммы частичных произведений влево и неподвижном множимом. 11. Умножение, начиная со старших разрядов множителя при сдвиге вправо множимого и неподвижной сумме частичных произведений. 12. Методы ускорения умножения. Умножения на 2 разряда множителя. 13. Деление дробных чисел 14. Деление целых положительных чисел. 18. Классификация аппаратных средств многопроцессорных вычислительных комплексов (МПВК) по Ф.Г. Энслоу. 19. МПВК с общей шиной 20.

 ИТМ и ВТ. Машины 1 и 2 поколений

Разработка таких "предельных" машин имела определенные отличия от создания универсальных ЭВМ, поскольку здесь предъявлялись максимальные требования и к архитектуре, и к элементной базе, и к конструкции вычислительной системы. Говоря об "Эльбрусах", нам придется несколько забежать вперед, поскольку эти ЭВМ относятся даже не к третьему, а к четвертому поколению вычислительной техники. В работе над "Эльбрусами" и ряде предшествующих им разработок института во главу угла ставились вопросы эффективной реализации отказоустойчивости и безостановочной работы системы. Поэтому в них появляются такие особенности, как многопроцессорность и связанные с ней средства распараллеливания ветвей задачи. Многопроцессорный вычислительный комплекс Эльбрус-1, выпущенный в 1979 году, включал 10 процессоров и базировался на схемах средней интеграции. В этой машине советские ученые опередили американцев, создав симмеричную многопроцессорную систему с общей памятью. По принципам построения система команд ЦП "Эльбрусов" близка системе команд машин компании Burroughs, считающейся нетрадиционной.

 Многопроцессорные вычислительные комплексы Эльбрус

Многопроцессорные вычислительные комплексы Эльбрус При разработке этих систем главное внимание было уделено трем проблемам: эффективности использования оборудования; возможности обеспечения предельной производительности; созданию высоконадежных резервируемых структур, обладающих возможностью постепенного наращивания производительности с учетом адаптации к решаемым задачам. Мы здесь дадим краткие сведения об упомянутых комплексах, по которым в какой-то степени можно судить о структурных решениях, принятых для достижения указанных целей. В состав семейства многопроцессорных вычислительных комплексов входит система Эльбрус-1 с производительностью от 1,5 млн. операций в сек до 10 млн. операций в сек и высокопроизводительная система Эльбрус-2 с суммарным быстродействием более 100 млн. операций в сек. Системы Эльбрус-1 и Эльбрус-2 построены на одних и тех же структурных принципах, их модули функционально идентичны, а их процессоры имеют одинаковую систему команд и одинаковую по функциям единую операционную систему (ЕОС).

 Технологии коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях

Описанный способ передачи кадра без его полной буферизации получил название коммутации "на лету" ( "o - he-fly") или "навылет" ("cu - hrough"). Этот способ представляет по сути конвейерную обработку кадра, когда частично совмещаются во времени несколько этапов его передачи (рисунок 2.11): Прием первых байт кадра процессором входного порта, включая прием байт адреса назначения. Поиск адреса назначения в адресной таблице коммутатора (в кэше процессора или в общей таблице системного модуля). Коммутация матрицы. Прием остальных байт кадра процессором входного порта. Прием байт кадра (включая первые) процессором выходного порта через коммутационную матрицу. Получение доступа к среде процессором выходного порта. Передача байт кадра процессором выходного порта в сеть. Этапы 2 и 3 совместить во времени нельзя, так как без знания номера выходного порта операция коммутации матрицы не имеет смысла. По сравнению с режимом полной буферизации кадра, также приведенном на рисунке 2.11, экономия от конвейеризации получается ощутимой.

 Назначение, классификация и эволюция операционных систем

Текст этой программы затем отдавался оператору, который набирал его на специальных устройствах и переносил на соответствующие носители. Чаще всего в качестве носителей использовались перфокарты или перфолента. Далее колода с перфокартами передавалась в вычислительный зал, где для вычислений по этой программе требовать следующие действия: 1. Оператор вычислительного комплекса с пульта вводил в рабочие регистры центрального процессора и в оперативную память компьютера ту первоначальную программу, которая позволяла считать в память программу для трансляции исходных кодов и получения машинной (двоичной) программы (проще говоря, транслятор, который тоже хранился на перфокартах или перфоленте). 2. Транслятор считывал исходную программу, осуществлял лексический разбор исходного текста, и промежуточные результаты процесса трансляции зачастую так же выводили на перфокарты (перфоленту). Трансляция – сложный процесс, часто требующий нескольких проходов. Порой для выполнения очередного прохода приходилось в память компьютера загружать с перфокарт и следующую часть транслятора, и промежуточные результаты трансляции.

 Методы уменьшения шумов и повышения помехоустойчивости электронных устройств

Минимальный набор аппаратных средств,который необходим для реализации МП- спецификации,таков: -один или несколько процессоров,по набору команд совместимых с архитектурой семейств процессоров I el 486 и Pe ium; -один или несколько контроллеров APIC на процессорах Pe ium 735/90 или 815/100; -прозрачные для программ подсистемы кэшей и лбщей памяти; -видимые для программ компоненты PC/A -платформ. Документ также определяет свойства МП-систем,видимые для BIOS и ОС.Однако надо учитывать,что по мере развития технологии выполняемые BIOS функции могут изменяться. Общая структура МП-системы При построении многопроцессорной архитектуры может использоваться одна из нескольких концептуальных моделей соединения вычислительных элементов,а также множество схем взаимосвязи и вариантов реализации. На рисунке показана общая структура МП-системы,построенной на основе спецификации MPS 1.1.В нее входит сильно связанная архитектура с общей памятью с распределенной обработкой данных и прерываний ввода-вывода.Она полностью симметрична; т.е.все процессоры функционально идентичны и имеют одинаковый статус,и каждый процессор может обмениваться с каждым другим процессором.Симметричность имеет два важных аспекта:симметричность памяти и ввода-вывода.

 Автоматизация процесса спекания аглошихты

Особенностью построения АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, энергетических и управленческих вопросов. Специалист по АСУ ТП должен владеть теорией автоматического управления, разбираться в конструкции металлургических агрегатов и основах технологии, достаточно свободно ориентироваться в работе цифровых вычислительных машин, их математическом и алгоритмическом обеспечении, уметь правильно применять технические средства информационной и управляющей техники. В АСУ ТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной и вычислительной техники. Кроме того, АСУ ТП производят общую централизованную обработку первичной информации в темпе протекания технологического процесса, после чего информация используется не только для управления этим процессом, но и преобразуется в форму, пригодную для использования на выше стоящих уровнях управления для решения оперативных и организационно-экономических задач. Внедрение АСУ ТП, как и любое нововведение, связано с определенными трудностями и затратами. На этапе освоения проявляются недостатки отдельных элементов вычислительного комплекса, погрешности примененных алгоритмов управления, недостаточная адаптация персонала к условиям работы с помощью вычислительной техники и другое.

 Проект узла коммутации телеграфных связей в областном центре

Второй канал каждого модуля позволяет образовывать кольцевые тракты, связывающие соответсвенно четные или нечетные модули , что дает возможность ЭТК - КС функционировать непрерывно в условиях выхода из строя какого-либо модуля. Контролер считывателя обеспечивает связь модуля вычислительного комплекса с накопителем на гибких магнитных дисках. Процессор обеспечивает обработку накопление, анализ информации, а также управление оперативным запоминающим устройством, содержащим программы начальной загрузки и пультовых режимов. Программа оперативного запоминающего устройства на 128 килобайт служит для размещения программ. Пультовый контролер обеспечивает начальный запуск модуля,индексацию, а также доступ к ресурсам модуля при техническом обслуживании. Электронная станция коммутации предназначается для автоматизации сетей документальной связи телеграфного типа. Электронные коммутационные станции позволяют предоставить абонентам такие услуги или автоматизируют такие процессы коммутации, которые трудно или вообще невозможно реализовать в электромеханических станциях , например : сокращенный набор номера ; автоматическая выдача справочной информации , в том числе счетов на оплату за переговоры ; автоматическая конференцсвязь и так далее .

 Секретный параллелизм

Для 60-х это было слишком смелое решение доступного на тот момент уровня технологий и элементной базы. Кроме того, возникли организационные сложности — проектом заинтересовались разработчики новой системы ПРО, а не традиционные заказчики Карцева. В результате отдел под руководством Михаила Александровича был фактически изгнан из ИНЭУМ. С 1967 года ведет свою историю НИИ вычислительных комплексов, хотя статус института коллектив Карцева получил только в 1975 году. Однако часть проекта М-9 все-таки стала реальной машиной. Первая советская векторно-параллельная многопроцессорная ЭВМ М-10 — это не что иное, как «числовая связка» М-9. В конце 60-х началась работа над проектом сплошного поля надгоризонтального наблюдения за космическими объектами, который предусматривал развертывание новых радиолокационных станций и существенное расширение возможностей командного пункта для всей системы. Если первая очередь советской СПРН базировалась на машине М4-2М, то теперь перед Карцевым была поставлена задача создать новую суперпроизводительную ЭВМ, адекватную резко возросшим требованиям к интенсивности обработки данных.

 Архитектура ЭВМ БЭСМ-6

Архитектура ЭВМ БЭСМ-6 Из книги Л.Н.Королева "Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение" Мы выделили описание машины БЭСМ-6 в отдельный раздел по той причине, что эта машина занимает особое место в развитии отечественной вычислительной техники. Принципы, заложенные в основу ее структурной организации, не потеряли своего значения до сих пор. Машины БЭСМ-6 и вычислительные комплексы, созданные на их основе, до сих пор интенсивно используются в научно-исследовательских институтах, центрах обработки информации, решающих наиболее важные для народного хозяйства, науки и обороны задачи. За время более 10-летнего использования этой машины накоплено огромное по составу, чрезвычайно важное по значимости математическое обеспечение, сконцентрировавшее в себя лучшие достижения советских ученых в области вычислительной математики, программирования, решения задач проектирования сложнейших объектов, в области решения задач, связанных с освоением космического пространства. Разработка машины БЭСМ-6, главный конструктор которой академик С.А.Лебедев и зам. главного конструктора В. А. Мельников, была закончена в конце 1966 г. Машина вступила в строй в 1967 г.

 ЭВМ

Номенклатура периферийных устройств, используемых в составе современных ЭВМ, достаточно широка: накопители, дисплеи, печатающие устройства, клавиатуры, сканеры, графопостроители и т.п. Значительная часть периферийных устройств наряду с электронными схемами содержит электромеханические и механические узлы, достаточно сложные в конструктивном отношении. В совокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией, обслуживающим персоналом и другими компонентами современные технические средства ЭВМ позволяют создавать мощные вычислительные системы различного назначения: автоматизированной обработки данных, управления, автоматизации проектирования и производства, обучения и др. В настоящее время развиваются два основных направления повышения производительности вычислений. Первое направление - создание многомашинных вычислительных комплексов, в основе которых лежит либо использование ЭВМ с одинаковыми характеристиками, либо ЭВМ, имеющих различные быстродействие, структуру и состав, но технически и программно совместимых друг с другом.