Структура ресурсов вычислительной системы. Коммуникационные сети вычислительных систем

Эффективность организации вычислительного процесса во многом зависит от способов организации ресурсов в параллельных и распределенных вычислительных системах (ВС).

Среди таких способов можно выделить:
- способ соединения вычислительных устройств;
- способ обмена информацией между устройствами;
- способ хранения данных и команд;
- организацию доступа к данным, командам и памяти;
- способы управления памятью, функциональными устройствами и ВС в целом.

Организационная структура ресурсов ПРВС может быть двух видов (рис. 7.1). 1) Фиксированная структура ресурсов имеет следующие особенности:
а) число вычислительных узлов и связей между ними являются неизменными;
б) метод планирования – статический;
в) информация о ресурсах должна быть известна до начала планирования;
г) жесткая схема планирования не позволяет реагировать на текущие изменения в системе, включая отказ ресурсов (узлов или каналов связи).

2) Реконфигурируемая структура ресурсов обладает способностью реагировать на отказ узла или отдельного ресурса от обработки задания. Отказ может быть связан с невозможностью функционирования или с временным отключением ресурса от системы при выполнении другой работы (раздел 9. 4).

Коммуникационные сети вычислительных систем. Одной из главных проблем, возникающих при проектировании ПРВС, является создание эффективных коммуникационных систем связи (КСС) между вычислительными комплексами системы, имеющих высокую пропускную способность и низкую стоимость. С целью уменьшения затрат на средства связи целесообразно ориентироваться на использование цифровой связи. В этом случае затраты на оконечную аппаратуру связи будут минимальными, поскольку многие функции могут быть реализованы с помощью имеющихся вычислительных средств.

При расположении пользователей в городах обычно исходят из того, что среднее расстояние для передачи информации между пользователем и вычислительными средствами не будет превышать 1 км, а для сельских мест – 10 км. Сравнительно небольшие расстояния между пунктами обработки информации позволяют избежать использования промежуточных усилителей (ретрансляторов) и ориентироваться на дешевые каналы связи.

В частности, при передаче дискретных сигналов на небольшие расстояния в пределах 1-10 км допускается применение обычного телефонного кабеля (с использованием усилителя), радиорелейных линий связи, а также коаксиальных и оптоволоконных кабелей при скорости передачи информации 1-2Мбит/с.

Для соединения вычислителей в ВС используются программируемые коммутаторы, управляемые с помощью регистров настройки. Задавая различные коды в регистрах, можно осуществлять различную коммутацию каналов связи и получать необходимые схемы обменов информацией (протоколы связи) между вычислителями.

В модели коллектива вычислителейможет отсутствовать устройство управления всем вычислительным процессом. Поэтому в каждый вычислитель вводятся дополнительные средства для организации коллективной работы в виде системного (коллективного) интерфейса, который реализует дополнительные операции задания коммутации каналов, проведения сеансов обмена информацией между вычислителями, синхронизации и управления процессами вычислений.

Среди наиболее распространенных современных сетевых технологий ПРВС можно выделить следующие:
а) Ethernet – наиболее используемая в настоящее время шиннаятехнология с распределен-ным управляемым доступом и скоростью передачи информации до 10 Мбит/с;
б) FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – КСС с кольцевой архитектурой, использующая оптоволоконный канал связи между рабочими станциями и двойное кольцо для обеспечения надежности;

в) HiPP (High-Performans Parallel Interface) – коммерческая КСС со скоростью передачи данных до 1.6 Гбит/с по 64 параллельным медным линиям;
г) SONET (Syncronous Opprical Network) – оптоволоконная КСС со скоростью передачи информации от 155 до 622 Мбит/с;
д) ATM (Asyncronous Transfer Mode) – протокол связи, который является современной технологией передачи, мультиплексирования и коммутации (переключения) сообщений.