По типу построения вычислительные системы разделяются на:
многомашинные и многопроцессорные
Это значит, что вычислительные системы могут строиться на базе нескольких компьютеров или на базе нескольких процессоров. В первом случая ВС будет многомашинной, во втором — многопроцессорной.
По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают:
Однородная ВС строится на базе однотипных компьютеров или процессоров.
Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров.
По методам управления элементами ВС различают:
В централизованных ВС за управление отвечает главная или диспетчерская ЭВМ (процессор). Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия.
В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами.
В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса, исходя из сложившейся ситуации.
По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций.
По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы:
территориально-сосредоточенные – это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;
распределенные – это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети;
структурно-одноуровневые – это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных;
многоуровневые (иерархические) структуры – это когда в иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.
По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах.
Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры
К суперкомпьютерам относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), т.к. время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд операций/с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).
Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей.
Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data).
Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction Multiple Data).
Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных —многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD — Multiple Instruction Multiple Data).
Кластерные суперкомпьютеры и особенности их архитектуры
Существует технология построения больших компьютеров и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.
Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса.
Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности.
Для создания кластеров обычно используются либо простые однопроцессорные персональные компьютеры, либо двух- или четырех- процессорные SMP-серверы.
При создании кластеров можно выделить два подхода.
Первый подход применяется при создании небольших кластерных систем.
Второй подход применяется в тех случаях, когда целенаправленно создается мощный вычислительный ресурс.
Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:
высокая суммарная производительность; высокая надежность работы системы; наилучшее соотношение производительность/стоимость; возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами; легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов; удобство управления и контроля работы системы.
недостатки: задержки разработки и принятия общих стандартов; большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование; трудности управления одновременным доступом к файлам; сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.
