Реферат: Суперкомпьютеры - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Суперкомпьютеры

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 36 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

18 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Т ЕХНИЧЕ СКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (Новочеркасский политехнический институт ) Фак ультет : Информационных Технологий и Управления Кафедра : Ав томатики и Телемеханики Специальность : Управление и информатика в технических системах РЕФЕРАТ по информатике На тему : Су перкомпьютеры Выполнил студен т I - 1а Каширин В . В. Ф.И.О. Руководитель ассистент Малашенко Л.И. Должность , зва ние Ф.И.О. Консультант ассистент Малашенко Л.И. Должность , зва ние Ф.И.О. К защите Защита принята с оценкой « ______» ______________2000г. ____________________________ ___________________________ « _____» ________________2000г. Подпись ____________________________ Подпись Новочеркасск 2000 СОД ЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АРХИТЕКТУРЫ 4 1.1 Архитектура SMP 4 1.2 Архитектура MPP 4 2 СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ КОМПАНИИ nCube 4 2.1 Основные принципы архитектуры 5 a) Распределенная память 5 б ) Межпроцессорная сеть 5 в ) Высокий уровень интеграции 6 2.2 Суперкомпьютер nCube 2 7 2.3 Архитектура процессора nCube 8 а ) Система ввода /вывода nCube 2 9 2.4 Программное обеспечение 10 2.5 Надежность системы nCube 2 10 3 СЕТЬ КАК С УП ЕРКОМПЬЮТЕР 11 3.1 Параллельные программы - главный тормоз 11 3.2 MPI 11 3.3 Реализации MPI 12 3.4 Средства программирования высокого уровня 13 3.5 Попытка прогноза 14 4 ПИМЕРЫ ИСПОЛЬЗ ОВАНИЯ СУПЕРКОМПЬЮЮТЕРОВ 14 4.1 Моделирова ние построение белка 14 4.2 Виртуальная башня 14 ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 16 ВВЕДЕНИЕ С момента появления первых компью теров одной из основных проблем , стоящих п еред разработчиками , была производительность вычи слительной сист емы . За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала , однако появление вс е более изощренного программного обеспечения , рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют н овые требования к мощности испол ьзуемой техники , что и привело к появлению суперкомпьютеров . Что же такое суперкомпьюте ры , и зачем они нужны ? В принципе , суперкомпьютер это обычная вычислительная система , позволяющая производить сложные расчеты за более ко роткие промежутки времени . О чем собственно и гов орит приставка «Супер» (Super в переводе с анг лийского означает : сверх , над ). Любая компьютерн ая система состоит из трех основных компо нентов - центрального процессора , то есть счетн ого устройства , блока па м яти и вторичной системы хранения информации (к пр имеру , в виде дисков или лент ). Ключевое значение имеют не только технические парам етры каждого из этих элементов , но и п ропускная способность каналов , связывающих их друг с другом и с терминалами потребите л ей . Одна из заповедей «Крей р исерч» гласит : «Быстродействие всей системы н е превышает скорости самой медленнодействующей ее части» . Важным показателем производительност и компьютера является степень его быстродейст вия . Она измеряется так называемыми флопса м и - от английского сокращения , обо значающего количество операций с числами , пре дставленными в форме с плавающей запятой , в секунду . То есть за основу берется п одсчет - сколько наиболее сложных расчетов маш ина может выполнить за один миг. А зачем вообще нуж ны суперкомпьют еры ? На этот вопрос дает ответ представите ль компании «Крей рисерч» Вито Бонджорно : Раздвижение границ человеческого знания всегда опиралось на два краеугольных камня , которы е не могут , существовать друг без друга , - теорию и опыт . Однако т е перь ученые сталкиваются с тем , что многие и спытания стали практически невозможными - в не которых случаях из-за своих масштабов , в д ругих - дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей . Тут-то и приходят на помощь мощные компьютеры . Позволяя экспе р иментировать с электронными моделями реальной действительности , они становятся «т ретьей опорой» современной науки и производст ва. Прошло время , когда создатели суперкомпью теров стремились обеспечить максимальную произво дительность любой ценой . Специальные процесс оры , дорогостоящая сверхбыстрая память , нестандарт ное периферийное оборудование - все это обходи лось заказчикам в круглую сумму . Приобретали суперкомпьютеры либо предприятия ВПК , либо крупные университеты . И те , и другие дел али это , как правило , за государств енный счет . Окончание "холодной войны " и по следовавшее за ним сокращение ассигнований на военные и околовоенные нужды нанесли сер ьезный удар по производителям суперкомпьютеров . Большинство из них были поглощены изготови телями менее производитель н ой , но более доступной и ходовой вычислительной техн ики . Впрочем , у этих слияний были и тех нологические предпосылки - быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло , и производители суперкомпьютеров быстро переориентир овались на них , ч то позволило су щественно сократить общую стоимость разработки . Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение степени па раллелизма программ. 1 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АРХИТЕКТУРЫ Известно , что сегодня существуют две основные архитектуры п ар аллельных компьютеров : симметричные мультип роцессорные системы с общей памятью (SMP) и м ультипроцессорные системы с распределенной памят ью (MPP). 1.1 Архитектура SMP Основное преимущество SMP - относительная простота программирования . В ситуации , когда все процессоры имеют одинаково быстрый доступ к общей памяти , вопрос о том , какой из процессоров какие вычисления буде т выполнять , не столь принципиален , и знач ительная часть вычислительных алгоритмов , разрабо танных для последовательных компьютеров , может бы т ь ускорена с помощью распар аллеливающих и векторизирующих трансляторов . SMP-ком пьютеры - это наиболее распространенные сейчас параллельные вычислители , а 2-, 4-х процессорные ПК на основе Pentium и Pentium Pro стали уже массовым товаром . Однако общее числ о про цессоров в SMP-системах , как правило , не прев ышает 16, а их дальнейшее увеличение не дает выигрыша из-за конфликтов при обращении к памяти . Применение технологий типа UPA, основанн ой на коммутации пакетов вместо общей шин ы и локальной кэш-памяти больш о го объема , способно частично решить проблему , подняв число процессоров до 32. 1.2 Архитектура MPP Альтернатива SMP - архитектура MPP. Каждый процессор имеет доступ лишь к своей локальной памяти , а если программе нужно узнать знач ение переменной , расположен ной в памяти другого процессора , то задействуется механизм передачи сообщений . Процессор , в памяти к оторого находятся нужные данные , посылает соо бщение тому процессору , которому они требуютс я , а последний принимает его . Этот подход позволяет создавать ком п ьютеры , в ключающие в себя тысячи процессоров . На не м основаны все машины , имеющие производительн ость в сотни миллиардов операций в секунд у. Познакомимся поближе с этой архитектурой и одним из представителей этой архитекту ры , суперкомпьютером nCube. 2 СУПЕ РКОМПЬЮТЕРЫ КОМПАНИИ nCube Одним из пи онеров в создании MPP-систем стала основанная в 1983 году компания nCube. В 1985 году появился пе рвый ее MPP-компьютер , nCube 1. Система nCube 1, в основе которой , как и в основе всех последующих поколений компьютеров nCube, лежит гиперкубич еская топология межпроцессорных соединений и высокий уровень интеграции на базе технологии VLSI, показала рекордные результаты по абсолютно й производительности и в соотношении цена /производительность для научных вычислений. В 1989 го ду компания nCube выпустила семе йство суперкомпьютеров nCube 2. Большие вычислительные возможности , гибкая архитектура и мощное спец иализированное программное обеспечение позволяют применять системы nCube 2 в широком диапазоне обла стей - от сложнейших нау ч ных задач до управления информацией в бизнесе. Семейство nCube 2 представляет собой масштабируему ю серию систем , производительность которых мо жет достигать 34 GigaFlops. Каждый суперкомпьютер этой серии содержит набор процессоров nCube, соединенных в гипер кубическую сеть . Наибольшую сист ему составляют 8192 процессора , и ее мощность более чем в 1000 раз превышает мощность наим еньшей - с 8 процессорами . Возможности памяти и системы ввода /вывода возрастают вместе с ростом процессорной мощности. Следующая цель компании nCube - разработка нового семейства Mpp-систем , суперкомпьютеров nCube 3. Н овое поколение суперкомпьютеров nCube, следуя принципа м высокой интегрируемости и масштабируемости , станет первой промышленно реализованной платформ ой с производительность ю до несколь ких TFlops, стопроцентно совместимой с предыдущими поколениями систем nCube. 2.1 Основные принципы архитектуры a) Распределенная память В суперкомпьюте рах nCube используется архитектура распределенной пам яти , позволяющая оптимизировать доступ к оперативной памяти , вероятно , наиболее критично му ресурсу вычислительной системы. Традиционные архитектуры с разделенной па мятью удобны для систем с небольшим число м процессоров , однако , они плохо масштабируютс я по мере добавления процессоров и памяти . Ко гда в системе с разделением па мяти увеличивается число процессоров , возрастает конкуренция в использовании ограниченной про пускной способности системной шины , что снижа ет производительность соединения процессор-память . Кроме того , добавление процессоров в такую систему требует увеличения количест ва логики для управления памятью , снижая т ем самым производительность системы и увеличи вая ее цену. Эти недостатки отсутствуют в системах с распределенной памятью . В такой системе каждый процессор имеет свою собстве нну ю локальную память . Потенциальные узкие места , связанные с шиной процессор-память и нео бходимостью разрабатывать системы управления кэш ем , полностью исключаются . С добавлением проце ссоров добавляется память , пропускная способность соединения процессор- п амять масштаби руется вместе с вычислительной мощностью. б ) Межпроцесс орная сеть Топология межпр оцессорных соединений , обеспечивающая масштабирование до большого числа процессоров без снижен ия производительности коммуникаций или увеличени я времени ожидания , является обязательной для MPP-систем . Суперкомпьютеры nCube используют сетев ую топологию гиперкуба , которая отвечает этим требованиям . Соединения между процессорами nCube- системы образуют многомерный куб , называемый гиперкубом . По мере добавления процес с оров увеличивается размерность гиперкуба . Соединение двух гиперкубов одинаковой размерност и образует гиперкуб следующей размерности . N-ме рный гиперкуб содержит 2? n процессоров . Двухмер ный гиперкуб - это квадрат . Трехмерный гиперкуб образует обычный куб , а четырехме рный гиперкуб представляет собой куб в ку бе . Для семейства суперкомпьютеров nCube 2 гиперкуб максимальной размерности 13 содержит 8192 процессора . В системе nCube 3 число процессоров может достигать 65536 (16-мерный гиперкуб ). Эффективность сетево й топологии измер яется , в частности , числом шагов для перед ачи данных между наиболее удаленными процессо рами в системе . Для гиперкуба максимальное расстояние (число шагов ) между процессорами совпадает с размерностью куба . Например , в наибольшем 13-мерном с емейства nCube 2 сообщени я между процессорами никогда не проходят более 13 шагов . Для сравнения , в 2-мерной конф игурации "mesh" (петля ) с числом процессоров , вдвое меньшим числа процессоров в максимальной системе nCube 2, наибольшее расстояние между проце с сорами составляет 64 шага . Задержки коммуникаций в такой системе значительно у величиваются . Таким образом , никакая другая то пология соединения процессоров не может сравн иться с гиперкубом по эффективности . Пользова тель может удвоить число процессоров в си с теме , при этом увеличивая длину пути связи между наиболее удаленными про цессорами только на один шаг. Большое число соединений в гиперкубе создает высочайшую пропускную способность межпро цессорных соединений по сравнению с любой другой сетевой схемой . Боль шое количест во путей передачи данных и компактный диз айн гиперкуба позволяют передавать данные с очень высокой скоростью . Кроме того , гипе ркубическая схема характеризуется большой гибкос тью , так как она позволяет эмулировать дру гие популярные топологии , в к лючая деревья , кольца . Таким образом , пользователям nCube-систем гарантируется корректное выполнение прил ожений , зависящих от других топологий. в ) Высокий уровень интеграции Многие преимуще ства nCube-систем , и , прежде всего высочайшие п оказатели - надежн ости и производительности , являются результатом использования технологии VLSI (Very Large Scale Integration - сверхвысокая степень интеграции ). В боль шей степени , чем какие-либо другие факторы , на надежность компьютера влияет число исполь зуемых компоненто в . Большее число ко мпонентов неминуемо увеличивает вероятность сбоя системы . По этой причине nCube интегрирует вс е функции процессорного узла на одно VLSI-уст ройство . VLSI-интеграция также сокращает требуемое число соединений , которые могут оказывать р ешаю щ ее влияние на целостность вс ей системы. Высокий уровень интеграции сокращает пути передачи данных , повышая тем самым произв одительность системы . Интеграция процессорного уз ла на один чип оставляет свободными для контроля только простые соединения с памят ью и сетевые интерфейсы вместо сложных сигналов синхронизации , арбитража и управлен ия . Эти простые соединения тестируются и к орректируются с помощью методов контроля четн ости и ЕСС (Error Correction Code - код коррекции ошибок ), уп рощая процесс определения и изоляции ошибок. 2.2 Суперкомпьютер nCube 2 Суперкомпьютер nCube 2 масштабируется о т 8-процессорных моделей до моделей с 8192 про цессорами . Архитектура nCube 2 уравновешивает процессорную мощность , пропускную способность памяти и пропускную способность си стемы ввода /в ывода . Добавление процессоров в систему не влечет за собой появление узких мест в пропускной способности памяти или системы ввода /вывода. Семейство nCube 2 включает в себя две серии суперкомпьютеров : — Серия nCube 2S базируется на процесс оре n Cube 2S с тактовой частотой 25 MHz; предельная производительность 33 MFLOPS - 34 GFLOPS; размер оперативной памяти 32 Мб - 32 Гб ; — Серия nCube 2 базируется на процессоре nCube 2 с тактовой частотой 20 MHz; предельная производитель ность 26 MFLOPS - 27 GFLO PS; размер оперативной памяти 32 Мб - 32 Гб. Архитектура суп еркомпьютера семейства nCube 2 базируется на гиперкуби ческой сети VLSI - чипов , спаренных с независимыми друг от друга устройствами памяти . Чип , или процессор nCube 2, включает в себя : - 64-разряд ный центральный процессор ; - 64-разрядный модуль вычислений с плавающ ей точкой ; - удовлетворяющий стандарту IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers - Инсти тут инженеров по электротехнике и радиоэлектр онике ) интерфейс управления памятью с 39- р азрядным путем данных 14 двунаправленных каналов DMA (Direct Memory Access - прямой доступ к памяти ) При тактовой частоте 25 МГц процессор имеет скорость 4.1 MFLOPS дл я вычислений с плавающей точкой одинарной и 3.0 MFLOPS двойной точности. Каждый процессо р nCube 2 конфигурируется с устройством динамической памяти емкостью от 4 до 64 МБайт. Распределенная архитектура памяти фактически не налагает никаких ограничений на скоро сть операций с памятью . Процессоры не конк урируют в использовании пропускной способн ости соединения с памятью и не до лжны ждать подкачки данных . Добавление процес соров в систему увенчивает пропускную способн ость памяти и тем самым повышает производ ительность. Каждый суперкомпьютер nCube 2 содержит компактную сеть процессоров . На одну проц ессорну ю плату nCube 2 может монтироваться до 64 процессоров . Процессорная стойка может содержать 16 плат с общим числом процессоров до 1024. Для пос троения систем большего размера стойки комбин ируются . Использование недорогих строительных бло ков обеспечи в ает низкую цену полн ой компьютерной системы в сочетании с фен оменально высокой производительностью , достигнутой за счет комбинированной мощности процессорной сети. Каждый процессор nCube 2 содержит 14 каналов DMA 13 дл я соединений в гиперкубе и 1 для ввода /вывода . Выделенный канал ввода /вывода уравновешивает вычислительную производительность п роцессора с производительностью его системы в вода /вывода . По мере добавления процессоров в систему пропускная способность системы в вода /вывода гиперкуба масштабируетс я вместе с процессорной мощностью и памятью . В состав процессора nCube 2 входит высокоскоростн ое устройство маршрутизации сообщений , которое управляет передачей сообщений между процессора ми . Устройство маршрутизации обеспечивает прямую передачу сообщений б е з прерывани я промежуточных процессоров или необходимости хранения данных сообщения в их памяти . Сообщения передаются со скоростью 2.75 МБ /сек на канал DMA. Специальные методы маршрутизации автоматически вычисляют кратчайший путь между процессорами и предо т вращают вза имную блокировку сообщений , освобождая пользовате лей от необходимости планировать маршруты . Ус тройство маршрутизации передает сообщения настол ько быстро , что число проходимых шагов вли яет на производительность гораздо меньше , чем в других компь ю терах . Высокая скорость передачи создает иллюзию , что кажд ый процессор связан непосредственно с любым другим в сети . Эффективность гиперкубической топологии в совокупности с высокоскоростным устройством маршрутизации создают высокопроизво дительную систему межпроцессорных соедине ний с максимальной , по сравнению с другими процессорными сетями , скоростью межпроцессорных коммуникаций . Суперкомпьютер серии nCube 2 с 8192 проц ессорами имеет скорость межпроцессорной передачи 577 ГБ /сек. Каждый процессор nCube 2 вы полняет свою собственную программируемую последовательность ком анд и может функционировать независимо . Этот принцип позволяет выделять подмножества проц ессоров для параллельного выполнения различных операций . Такое разбиение гиперкуба превращает суперкомп ь ютер nCube 2 в многопользователь скую , многозадачную систему . Программное обеспечен ие nCube 2 выделяет набор процессоров - подкуб - для программы пользователя и загружает ее . В течение необходимого времени каждый такой подкуб функционирует как отдельный ко м пьютер . Пользователи могут изменять разме ры подкубов в соответствии с требованиями своих программ. 2.3 Архитектура процессора nCube Процессор nCube, как и следует из общего назначения системы , ориентирован прежде всего на вещественные вычисления . За один т акт генератора ег о вещественное арифметическое устройство выполня ет две операции , в то время как целочи сленное - одну . При этом вещественный конвейер состоит всего из двух ступеней (в дру гих архитектурах число ступеней вещественного процессора от трех до с еми ). В ысокая доступность кэша на кристалле процессо ра обеспечивает практически пиковые показатели эффективности даже при обработке длинных в екторов , размещенных в памяти. На кристалле расположены регистровый файл и два кэша по 16 КБайт каждый : разделен ные кэш команд и кэш данных . Скорост ь доступа к внутреннему кэшу составляет 1.6 ГБайт /сек , а для большей эффективности обс луживает его специальный конвейер . Доступ к кэшу осуществляется по физическому адресу , чтобы избежать ненужных перемещений данных в случ а е переключения контекста. Процессор nCube вкл ючает в себя полную поддержку виртуальной памяти . В основу архитектуры заложено 64-разр ядное поле виртуального адреса , хотя в нас тоящее время реализован 48-разрядный виртуальный адрес , обеспечивающий адресацию 2 56 ТБайт . Размеры страниц могут иметь переменные размер ы от 256 Байт до 64 МБайт. а ) Система в вода /вывода nCube 2 Высокопроизводитель ной вычислительной системе должна соответствоват ь мощная , быстрая и гибкая система ввода /вывода . В суперкомпьютере nCube 2 система в вода /вывода использует тот же самый VLSI- про цессор , который функционирует как вычислительный элемент в гиперкубической сети . Каноны DMA в процессорах системы ввода /вывода используютс я как пути передачи данных . Наличие выделе нных процессоров вво д а /вывода поз воляет осуществлять параллельную работу вычислит ельной сети и системы ввода /вывода. Система ввода /вывода масштабируется вмест е с процессорной сетью . Суперкомпьютер большо го размера имеет не только больше вычисли тельных процессоров , но и большее количе ство процессоров ввода /вывода . nCube 2 поддерживают несколько интерфейсов ввода /вывода , обеспечивающи х пользователей связью с необходимыми им устройствами. Плата ввода /вывода nChannel осуществляет связь суперкомпьютера nCube 2 с устройствами вторичн ого хранения , дисками , магнитными лентами , сетя ми и другими устройствами . Плата nChannel имеет 16 независимых каналов ввода /вывода , каждый из которых управляется процессором nCube 2. К каждому каналу подключается модуль ввода /вывода , на пример , контроллер S CSI. Каждый канал передает данные со скоростью 20 МБ /сек . С помощью каналов платы nChannel система nCube 2 соединяется с хост-компьютером , сетью Ethernet, дисководами и накопителями на магнитной ленте , а также модулями преобразования сигналов и передачи в и деообразов. Плата HIPPI позволяет соединять суперкомпьютер nCube 2 с другими суперкомпьютерами , запоминающими ус тройствами и иными системами , поддерживающими интерфейс HIPPI (High Performance Parallel Interface Высокопроизводительный параллельный интерфейс ). Плата HIPPI использует 16 процессоров nCube 2 для обработки сетевого трафика , обычно 8 процессоров для управления вводом и 8 для управления выводом . Скорость передачи данных достигает 100 МБ /сек. Графическая подсистема реального времени nVision обеспечи вает интегрированную подсистему гр афики и ввода /вывода , которая позволяет пр ограммистам отображать и взаимодействовать с большими объемами данных в реальном времени . На плате nVision размещены 16 процессоров nCube 2, 2 CRT-контро ллера , специальный текстов ы й процессо р , 16 МБайт памяти и 2 МБайт буфера. Компьютер nCube 2 соединяется по сети с упр авляющим компьютером , с которого пользователи загружают nCube 2, разрабатывают и запускают параллельн ые программы , наблюдают за функционированием процессорной сети и системы ввода /вывод а . Стандартным управляющим компьютером для nCube 2 является рабочая станция производства компании Silicon Graphics. 2.4 Программное обеспечение На всех компьютерах семейства nCube 2 устанавливается специализированная программная среда PS E (Parallel Software Environment), включающая в себя следу ющие компоненты : - операционная система nCX, построенная по микроядерной технологи и и выполняющаяся на всех процессорах гип еркуба , она управляет системой ввода /вывода ; - драйвер хост-интерфейса , инт ерфе йс ввода /вывода для соединения с управляю щим компьютером ; библиотека стандартных UNIX-функций ; - средства разработки для написа ния , компиляции , профилирования , отладки , запуска и контроля параллельных программ ; - утилиты системного администратора ; - по дсистема интерактивной (on-line) документац ии. Среда PSE обеспечи вает согласованный для различных моделей семе йства nCube 2 прикладной интерфейс . Программы , разработа нные для компьютеров с небольшим числом п роцессоров , не требуют переделки при переносе на систему nCube 2 большего размера . Операцио нная среда nCube 2 интегрирована со средой управляю щего компьютера , обеспечивая пользователей возмож ностью разрабатывать программы на привычной и м платформе . С помощью PSE пользователи могут работать независимо , п о лучая автоно мный контроль над выполнением своих программ . Множество пользователей могут одновременно выполнять программы. Среда PSE базируется на nCX - высокооптимизированном , небольшом (до 128 КБ ) и быстром микроядре (microkernel), который обеспечивает се рвис операционн ой системы на каждом процессоре , как гипер куба , так и системы ввода-вывода . nCX поддерживает управление процессами и управление памятью , многозадачность , интерфейс системных вызовов UNIX System V Release 4, а также высокопроизводительную си с тему передачи сообщений . Другие операцион ные средства , такие как драйверы ввода /выв ода и сетевые соединения , распределяются межд у вычислительными узлами и процессорами ввода /вывода . Операционная система nCX обеспечивает е диный интерфейс для параллельных п р ограмм и драйверов ввода /вывода. На суперкомпьютерах nCube 2 поддерживаются два вида программирования : SPMD (Single Program Multiple Data - Одна программа , Множество данных ): в процессорную се ть загружается одна программа , каждый экземпл яр программы обраба тывает свой собственны й набор данных ; процессоры могут обмениваться информацией. MPMD (Multiple Program Multiple Data - Множество программ , Множество дан ных ): в процессорную сеть загружается набор программ , каждый экземпляр каждой программы обрабатывает св ои собственные данные ; п рограммы могут обмениваться информацией. 2.5 Надежность системы nCube 2 Суперкомпьютеры nCube 2 представляют на иболее надежные на сегодняшний день системы . Каждый аспект дизайна nCube 2 подразумевает надеж ность . Например , высокая ин теграция - процес сорный узел на одном чипе уменьшает число компонентов , в которых может произойти сб ой . Быстрое , эффективное микроядро обеспечивает все необходимые для приложений функции , не перегружая систему более сложной , но мене е надежной операционной средой. 3 СЕТЬ КАК СУПЕРКОМПЬЮТЕР Теоретически суперкомпьютер можно пре дставить как объединение большого количества обычных компьютеров в один , единый блок . И наче это можно представить , как локальную сеть , имеющую некоторое количество узлов в одном блоке. Следовательно , можно в ка честве суперкомпьютера использовать и любую л окальную (и не только локальную ) сеть . Начи ная с 1992 года по скорости роста производите льности сетевое оборудование обгоняет процессоры . Для многих организаций перспектива использо ван и я сетей рабочих станций и ПК в качестве суперкомпьютеров весьма зама нчива . Основные достоинства сетей - возможность постепенного расширения и модернизации , а т акже режим эксплуатации сети днем для обы чных нужд разработки и проектирования , а н очью для расч е тов . Сети не мог ут соревноваться по скорости вычисления с суперкомпьютерами-рекордсменами , но они на один- два порядка дешевле , их можно использовать там , где объемы расчетов велики , а супер компьютеры экономически не оправданы . Такие с етевые технологии буд у т способствоват ь использованию сетей в качестве параллельных вычислителей . В первую очередь это Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Далее идут технологии коммутации . И , наконец , новые сетевые протоколы , поддерживающие широковещание 3.1 Параллельные программы - главный тормоз Главным препятствием к внедрен ию практически всех параллельных архитектур я вляется отсутствие параллельных программ . У у наследованных от последовательного мира программ имеется недостаток - большой объем кода , п ринципиально не допускающий параллельного и сполнения . Его нельзя преодолеть за счет у совершенствования техники компиляции . Так , если программа половину времени занимается действия ми , которые требуется совершать строго послед овательно , то параллельное выполнение оставшейся половины в предельном случае даст лишь двукратное ускорение . В результате , хотим мы этого или нет , последовательные в ычислительные алгоритмы придется заменять паралл ельными. 3.2 MPI Практически на всех параллельн ых системах имелись свои собственные библиоте ки переда чи сообщений . В простейшем сл учае они предусматривали передачу и прием отдельных пакетов между соседними процессорами . Более сложные поддерживали передачу сообщен ий произвольной длины , маршрутизацию сообщений и аппарат тегов , который позволяет принимаю щей стороне самой решать , в какой последовательности обрабатывать поступающие соо бщения . Некоторые библиотеки допускали динамическ ое порождение и уничтожение процессов. За последние годы в деле создания ПО для систем с распределенной памятью наметился серьезны й прогресс . Самым крупн ым достижением была стандартизация интерфейса передачи сообщений MPI (message passing interface). Во-первых , MPI поддерживает несколько режимов передачи данных , важнейшие из которых : синхронная передача , не требу ющая выделения проме ж уточных буферов для данных и обеспечивающая надежную пер едачу данных сколь угодно большого размера , и асинхронная передача , при которой посылаю щий сообщение процесс не ждет начала прие ма , что позволяет эффективно передавать корот кие сообщения . Во-вторых , M PI позволяет передавать данные не только от одного процесса к другому , но и поддерживает колл ективные операции : широковещательную передачу , раз борку-сборку , операции редукции . В-третьих , MPI предусм атривает гетерогенные вычисления . Вычислительная система м ожет включать разные проце ссоры , в том числе имеющие различные набор ы команд и разное представление данных . Ес ли у вас имеется суперкомпьютер , то это кажется излишним , но для организаций , эксплу атирующих сети рабочих станций с различными процессорами и ве р сиями Unix, - это находка. Синтаксис MPI облегчает создание приложений в модели SPMD (single program multiple data) - одна программа работает в разных процессах со своими данными . Одна и та же функция вызывается на узле-ис точнике и узлах-приемниках , а тип выполня емой операции (передача или прием ) определяетс я с помощью параметра . Такой синтаксис выз овов делает SPMD-программы существенно компактнее , хотя и труднее для понимания. Основное отличие стандарта MPI от его пр едшественников - понятие коммуникатора . Все о перации синхронизации и передачи сообщений ло кализуются внутри коммуникатора . С коммуникатором связывается группа процессов . В частности , все коллективные операции вызываются одновреме нно на всех процессах , входящих в эту группу Поддержка модульного п рограммирования в сочетании с независимостью от аппаратуры дала мощный импульс к созданию библиотек . Одна из самых интересных разработок - пак ет линейной алгебры ScaLAPACK, разработанный группой Дж . Донгарра. 3.3 Реализации MPI Библиотеки MPI реализованы п р актически на всех современных суперкомпьютерах , к примеру , в университете Коимбра (Португал ия ) разработали библиотеку MPI для Windows 95 (http://pandora.uc.pt/w32mpi), которая особенно интересна для преподавателей и студентов , поскольку при отладке доста т очно иметь обычный ПК , а запуск па раллельных приложений в сети позволяет получи ть реальный выигрыш в производительности. Практический опыт показывает , что идеальн о распараллеливаемые задачи , такие как паралл ельное умножение матриц , можно решать практич ески на любых сетях , и добавление да же относительно слабых вычислительных узлов д ает выигрыш . Другие задачи , в частности ре шение систем линейных уравнений , более требов ательны к коммуникационному оборудованию и ка честву реализации передачи сообщений . Именно п о этому тесты для оценки реальног о быстродействия параллельных вычислительных сис тем базируются на параллельных аналогах извес тного пакета Linpack. Так , система линейных уравнени й размером 800х 800 решается на четырех компью терах Sun SPARCstation 5, объедине н ных сетью Ethernet 10 Мбит /c, быстрее , чем на трех ; на пяти - прибли зительно за то же время , что и на четырех , а добавление шестого компьютера одно значно ухудшает производительность вычислительной системы . Если вместо Fast Ethernet 10 Мбит /c использовать F ast Ethernet 100 Мбит /с , что лишь незначител ьно увеличивает общую стоимость системы , врем я , затрачиваемое на коммуникацию , уменьшается почти в 10 раз , а для решения данной зад ачи можно будет эффективно применять уже десятки рабочих станций. 3.4 Средства пр ограммирования высокого уровня Часто в сетях отдельные ко мпьютеры неравноценны , и имеет смысл нагружат ь их по-разному , однако даже простейшая пр ограмма , учитывающая балансировку нагрузки , - если кодировать ее , используя лишь средства MPI, - становится необ ъятной , и отладка ее ма ло кому окажется по силам . Так , матрицы в пакете Sса LAPACK, независимо от решаемой з адачи и мощностей вычислительных элементов , в сегда распределяются по процессорам равномерно . В результате , при наличии хотя бы одног о слабого компью т ера в сети , в ычисления затягиваются - все ждут отстающего . Д инамическая балансировка нагрузки , практически бе сплатно получающаяся на SMP-компьютерах , в распр еделенных системах чрезвычайно трудна , и даже простое распределение данных в соответствии с мощнос т ями узлов и последу ющие пересылки кодируются весьма непросто. Выходом из создавшегося положения стали языки программирования , основанные на паралл елизме данных . Первый из них , Fortran-D, появился в 1992 г . На смену ему пришел High Performance Fortran (HPF) , п редставляющий собой расширение языка Fortran 90 и тре бующий от пользователя лишь указать распредел ение данных по процессорам . В остальном пр ограмма имеет последовательный вид (это , впроч ем , не означает , что , придумывая алгоритм , н е следует задумываться о присущем ему параллелизме ). Транслятор самостоятельно распр еделяет вычисления по процессорам , выбирая в качестве узла , на котором следует произво дить вычисления , тот процессор , на котором будет использован результат вычисления выражения . При необходимос т и транслятор ген ерирует обращения к библиотеке передачи сообщ ений , например MPI. От компилятора HPF требуется тща тельный анализ программы . Пользователь практическ и не имеет рычагов управления количеством пересылок , а поскольку инициализация каждой пересыл к и , независимо от объема передаваемой информации , - это десятки тысяч машинных тактов , качество получаемой программы от него зависит слабо. В языке программирования mpC (http://www.ispras.ru/) - расширении ANSI Cи - принят компромиссный подход . Здесь поль зо ватель распределяет не только данные , но и вычисления . Переменные и массивы р аспределяются по виртуальным сетям (networks) и подсе тям , при этом в описаниях сетей указываютс я относительные мощности узлов и скорости связей между ними . В процессе выполнения m pC-программы система поддержки языка стремится максимально эффективно отобразить виртуальные сети на группы процессоров . В результате пользователь получает возможность рав номерно нагружать узлы 3.5 Попытка прогноза Использование сетей компьютеров для вычис лительных з адач - уже сегодня дело вполне реальное . В этом направлении ведутся научные разработки и сделан ряд пилотных проектов . В кач естве коммуникационной платформы сейчас наиболее экономически оправдано применение коммутируемых сетей Fast Ethernet. Пр и этом себестоимость системы производительностью 1,5-6 операций с вещес твенными числами в секунду на задачах лин ейной алгебры будет ниже 100 тыс . долл . Через пару лет в качестве коммуникационной пла тформы можно будет использовать Gigabit Ethernet или ATM ( A synchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи ), обеспечивающие на порядок более высокие скоро сти передачи данных . В течение одного-двух лет должны появиться общепризнанные широковещате льные протоколы транспортного уровня и основа нные на них реали з ации MPI. На ур овне прикладных программ MPI использоваться не б удет . На нем станут базироваться лишь неко торые библиотеки и системы поддержки языков , основанные на параллелизме данных . 4 ПИМЕРЫ ИСПОЛЬЗ ОВАНИЯ СУПЕРКОМПЬЮЮТЕРОВ 4.1 Моделирование построение белка Корпорация IBM объявила о том , что планирует выделить 100 миллионов долларов на создание самого быстрого в мире суп еркомпьютера , который будет использоваться для моделирования построения белка из аминокислот. Новый суперкомпьютер , носящий название B lue Gene, будет способен совершать один квадри ллион операций в секунду , то есть будет в тысячу раз мощнее знаменитого Deep Blue, с ко торым в 1997 году играл в шахматы чемпион мира Гарри Каспаров. Blue Gene будет работать на основе более м иллиона процессоро в , каждый из которых способен совершать миллиард операций в сек унду , сообщают представители IBM. Новый гигант бу дет в два миллиона раз быстрее , чем су ществующие сегодня мощнейшие персональные компью теры . Исследователи рассчитывают достигнуть этого уровня мощности в течение пяти лет , по истечении которых суперкомпьютер будет использоваться в генетическом моделировании . Ес ли Blue Gene оправдает возложенные на него надежды , его создание станет огромным шагом вперед в области здравоохранения и биологии . 4.2 В иртуальная башня По оценкам Федерального управ ления гражданской авиации США , в течение б лижайших 20 лет количество самолетов , используемых для коммерческих полетов , увеличится вдвое . Это станет серьезным испытанием для авиади спетчеров , которым придется вне дрять новы е технологии управления авиационными потоками как на земле , так и в воздухе . НАСА решило внести свою скромную лепт у в преодоление этой проблемы и создало симулятор настоящей башни авиадиспетчеров стои мостью в $110 миллионов . Башня FutureFlight C entral расположе на в Исследовательском центре Эймса НАСА . Она дает возможность симулировать работу круп нейших аэропортов мира , позволяя в реальном времени испытывать новые технологии управления перемещением самолетов . Это двухэтажное соор ужение , в котором могут одновременно работать 12 операторов . Мозговым центром башни является 16-процессорный суперкомпьютер Reality Monster от SGI, обошедшийся НАСА в $1 миллион . Именно он обе спечивает вывод симуляции на 12 огромных видеоэ кранов башни , имитирующих настоящи е окна . Суперкомпьютер позволяет моделировать - помим о обстановки аэропорта - погодные эффекты и до 200 одновременно движущихся самолетов и ма шин наземного обслуживания . Первый этаж предн азначен для "пилотов " и "обслуживающего персона ла ", которые будут вно с ить дополни тельный элемент реалистичности , общаясь с ави адиспетчерами с помощью портативных радиостанций . Башня также может использоваться и в других симуляционных целях . В частности , пла нируется , что ее услугами смогут воспользоват ься специалисты из Отд е ления авто номных роботов НАСА для создания комнат у правления межпланетными миссиями , состоящими из роботизированных машин. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА : 1. Статья Андрея Шитов а «Электронный супермозг» , журнал «Эхо планет ы» № 4 1992г. 2. Статья Дмитрия Арап ова «Можно ли превратить сеть в суп еркомпьютер ?» , журнал «Открытые системы» № 4 1997г. 3. Статья Н . Дубовой «Суперкомпьютеры nCube» , журнал «Открытые системы» 4. Рубрика «Новости» и з журналов КомпьюТерра
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Судя по принимаемым законам, жизнь наших депутатов удалась уже настолько, что их беспокоят только геи, пираты и мат, которым страна дружно кроет такое законотворчество.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Суперкомпьютеры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru