Суперэвм мвс-1000

МВС-1000 является совместной разработкой институтов РАН РФ и промышленности и представляет собой отечественный массивно-параллельный суперкомпьютер третьего поколения, построенный на новейших МП Alpha. Система МВС-1000 предназначена для решения широкого круга задач, требующих большого объема вычислений, и совместима с ранее разработанной системой МВС-100, эксплуатируемой в ряде вычислительных центров страны. Общее описание архитектуры. Основой системы является масштабируемый массив процессорных узлов. Каждый узел содержит вычислительный микропроцессор Alpha 21164 с производительностью 2 GFLOPS при тактовой частоте 500 MГц и оперативную память объемом 128 Mб, с возможностью расширения. Для управления массивом процессоров и внешними устройствами, а также для доступа к системе извне используется так называемый хост-компьютер (управляющая машина).ПО-Пользователям предоставляются компиляторы языков Fortran 77 и C/C++.

2. Основные этапы рабочего цикла процессора. Средства описания вычислительных устройств. Язык микроопераций. Понятие микрооперации и микрокоманды. Понятие микропрограммы.

1)Функционирование процессора в основном состоит из по­вторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует выполнению одной команды программы. Завершив рабочий цикл для текущей команды, процессор переходит к выполнению рабо­чего цикла для следующей команды программы.

Рабочий цикл начинается с распознавания состояния про­цессора. Устанавливается, какое из альтернативных состоя­ний — Счет или Ожидание — имеет место. Далее проверяется наличие незамаскированных прерываний..В состоянии Ожидание никакие программы не выполняются. Процессор ждет прихода запроса прерывания, после чего управ­ление переходит к соответствующей. прерывающей программе, переводящей процессор в состояние Счет. В состоянии Счет при наличии незамаскированных прерыва­ний происходят выход из нормального рабочего цикла и переход к процедуре обработки запросов прерывания.

В процессе выполнения заданной командой операции форми­руется признак результата операции, используемый командами условного перехода при организации ветвлений в программах.

Указанная выше последовательность этапов составляет ос­новной вариант рабочего цикла, реализуемый при выполнении основных команд.

2) Для описания устройств вычислительной техники используют различные «языки описания». Различным уровням рассмотрения вычислительного устройства соответствует определенная иерархия языков описания

Уровни рассмотрения	Язык описания
1 Элекронные схемы	Диф уравн для токов и напряж в цепях Эл схем
2 Комбинационные логические схемы	Аппарат теории булевых фугнкций
3Операцион. узлы, узлы памяти, управляющ автоматы	Язык микроопераций
4 Устройство Эвм	Языки МОДИС-ВЕС,АРL,ООС-2
4Функционирование Эвм	Языки машинных команд
5Вычислит процесс	Алгоритмические языки(Паскаль, Си)
6Функционир выч сист в усл действ случ факторов	Язык моделир дискрет стахастических сист (GPSS)

Язык микроопераций (ЯМ) предназначен для описания цифровых устройств, функционирование которых рассматривается на уровне ре­гистров..

Описание микроопераций. Микрооперация осуществляет преобразование над данными. Микрооперации могут быть одноместными или многоместными в них участвует соответствующее число операндов

Описание микрокоманды производится аналогично описанию микро­операции и представляет собой метку микрокоманды и разделенную запятыми совокупность микрооператоров, выполняемых в микрокоманде.

Обычно даже очень простые операции преобразования информации занимают несколько тактов и требуют выполнения определенной по­следовательности микрокоманд.)

Последовательность микрокоманд, выполняющих одну ма­шинную команду или отдельную процедуру, образует микро­программу. Обычно микропрограммы хранятся в специальной памяти микропрограмм (управляющей памяти).

Восприятие микропрограммы облегчается, если отдельные микроко­манды или группы микрокоманд, соответствующие.определенным фун­кциональным операциям, обозначить «метками операций». Метка опера­ции предшествует описанию первой микрокоманды из ее группы и отде­ляется от этой микрокоманды знаком: Микропрограмма может быть изображена в виде графа, отдельные вершины которого соответствуют микрокомандам или группам последо­вательно выполняемых микрокоманд.

3. Память ЭВМ. Классификация запоминающих устройств ЭВМ. Виды и основные характеристики памяти. Иерархическая структура памяти. Адресная память. Ассоциативная память. Стековая память. КЭШ память. Виртуальная память.

Память ЭВМ - совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами или памятью того или иного типа.

ЗУ классифицируются по следующим признакам.

* По принципу действия:

1. Электронные (полупроводниковые).

2. Магнитные с неподвижными магнитными запоминающими элементами.

3. Магнитомеханические с движущимся магнитным носителем информации.

4. Оптические.

* По виду операции обращения:

1. Память с произвольным обращением, т.е. возможны запись и считывание данных. RAM – random access memory - память с произвольным обращением.

2. Память только для считывания информации (ПЗУ - постоянная память или одностороння память). ROM - read only memory - память только для считывания. Запись информации в ПЗУ производится в процессе его изготовления или настройки.

* По способу организации доступа:

1. Память с непосредственным (произвольным) доступом (электронные устройства - ОЗУ).

2. Память с прямым (циклическим) доступом (диски, барабаны).

3. Память с последовательным доступом (магнитные ленты).

Основные характеристики ЗУ:

- емкость памяти - максимальное количество данных, которые могут в ней храниться;

- удельная емкость - отношение емкости к физическому объему;

- быстродействие памяти определяется временем обращения к памяти, т.е. временем, затрачиваемым на поиск места хранения (адрес) и на ее запись или считывание.

Число разрядов, считываемых или записываемых параллельно во времени за одну операцию обращения, называют шириной выборки.

В иерархической структуре устройства памяти расположены по убыванию их быстродействия и возрастанию емкости (сверху вниз). Каждый уровень иерархии может содержать несколько модулей соответствующих устройств для получения нужной емкости памяти данного уровня. Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к ней в процессе обработки.

Оперативная память (ОП, ОЗУ) служит для хранения информации, используемой в процессе выполнения операций в АЛУ и УУ процессора.Когда быстродействие ОП оказывается недостаточным в состав ЭВМ включают СОЗУ используемого для временного хранения обработанных участков программы. ОЗУ и СОЗУ образуют внутреннюю память ЭВМ. Электромеханические ЗУ образуют внешнюю память ЭВМ.

Запоминающее устройство любого типа состоит из запоминающего массива(ЗМ), хранящего информацию, и блоков, осуществляющих поиск в массиве, запись и считывание (и в ряде случаев и регенерацию) информации.

По этому признаку различают адресную, ассоциативную и стековую (магазинную) память.

Адресная память- размещение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения слова. Адресом служит номер ячейки ЗМ, в которой это слово размещается. При записи или считывании слова в ЗМ инициирующая эту операцию команда должна указывать адрес (номер ячейки), по которому производится обращение (запись или считывание).

Ассоциативная память-поиск нужной информации производится не по адресу, а по ее содержанию (ассоциативному признаку) и происходит параллельно во времени для всех ячеек ЗМ, позволяет существенно упростить и ускорить обработку данных. Это связано с тем, что в памяти этого типа операция считывания информации совмещена с рядом логических операций.

Стековая память является безадресной.В ней ячейки образуют одномерный массив, в котором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи слов.Запись нового слова производится в верхнюю ячейку (ячейку 0), при этом все ранее записанные слова сдвигаются на одну позицию вниз.Считывание возможно только из верхней (нулевой) ячейки. Часто стековую память организуют, используя адресную память, вместе с так называемым указателем стека (обычно регистром).

Виртуальная память- используются условные адреса. Позднее в процессе выполнения программы ОС выделяет активным частям программы место в памяти, и условные адреса переводятся в исполнительные. Эта процедура получила название динамического распределения памяти.В ОС Windows, широко используемой в персональных компьютерах, виртуальная память расположена в так называемом файле подкачки (swap file), размещаемом на жестком диске.

КЭШ-слово кэш означает склад или тайник («заначка»). Тайна этого склада заключается в его «прозрачности», для программы он не представляет собой дополнительной адресуемой области памяти. Он является дополнительным и быстродействующим хранилищем копий блоков информации основной памяти, к которым, вероятно, в ближайшее время будет обращение. Кэш не может хранить копию всей основной памяти, поскольку его объем во много раз меньше объема основной памяти. Кэш хранит лишь ограниченное количество блоков данных и каталог (cache directory) - список их текущего соответствия областям основной памяти. Кроме того, кэшироваться может не вся память, доступная процессору. Обычно кэшируется только основная динамическая память системной платы

4. Персональные компьютеры. Состав, структура, архитектура, характеристики. Наиболее распространенные типы ПК.

Персональные ЭВМ, или (ПК), широко используемые виды комп., их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Они могут объединяться в сети, что позволяет легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Internet обеспечивает оперативное получение информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации.

Производительность современных ПК составляет величину порядка сотен и тысяч MIPS. Наибольшее распространение в мире имеют IBM РС-совместимые ПК, выпускаемые множеством фирм, в том числе российскими, на процессорах фирмы INTEL, AMD и др. (около 90%). Оставшуюся часть рынка ПК занимают компьютеры типа «Macintosh», разработанные и производимые фирмой APPLE, не совместимые с IBM РС. Они построены на RISC-процессорах, имеют высокое быстродействие и удерживают прочные позиции в издательском деле, образовании, создании мультимедиа-программ и во многих других областях.

архитектура

В этой структуре можно выделить следующие шины:

L - локальная шина, к которой подключается МП ядро. Протокол на этой шине формируется под воздействием микропроцессора.

Состав шины:

- разряды адреса

- сигналы разрешения передачи байт

- шина данных

- сигналы состояния сигналы арбитража

- сигналы связи с сопроцессором;

- сигнал сброса

- сигналы синхронизации

- сигналы управления передачей данных

S - системная шина, к которой подключаются адаптеры периферийных устройств не входящие в состав процессора (материнской платы).

X - шина периферийных устройств, к которой подключается подсистема DMA (Direct memory eccess - прямого доступа к памяти), таймер, подсистема прерываний, подсистема клавиатуры и часы/календарь реального времени.

Состав шины:

- разряды данных

- разряды адреса;

- команды чтения/записи памяти/порта.

M - шина памяти, к которой подключаются микросхемы основной ОП и микросхемы ROM-BIOS (последние могут также подключаться к системной шине как самостоятельное устройство.

Состав шины:

- разряды данных контрольные разряды

- разряды адреса

- сигналы управления

Протокол шины определяется типом микросхем памяти.

5. Поколения ЭВМ. Два класса ЭВМ – цифровые и аналоговые, их принципы действия. Основные типы современных ЭВМ, их назначение, отличительные признаки и характеристики. Понятие об архитектуре ЭВМ. Основные блоки ЭВМ.

1-е поколение (50-е годы).: элементная база - электронные лампы. Напряжение логического перепада Uп - сотни вольт. Программирование в машинных кодах,программист работает за пультом машины.Пример БЭСМ-2, «Стрела», М-2, М-3, «Минск-1», «Урал‑1

2 -е поколение (60-е годы). Элементная база – полупроводниковые приборы. U_л - десятки вольт. Программирование на языках высокого уровня,программист не допускается в машинный зал. Развитие мониторных систем. Отсутствие программной и аппаратной совместимости. Пример БЭСМ-4, «Иаири», «Раздан-2», «Мир», «Минск-22»

3-е поколение (70-е годы). Элементная база – интегральные схемы (ИС) малой и средней степени интеграции. U_л - единицы вольт. Программная и аппаратная совместимость. Наличие операционных систем. Работа в мультипрограммном режиме. Наличие каналов ввода-вывода. Пример ЭВМ IBM-360 (США), и ЕС ЭВМ

4-е поколение (80-е годы).

1. Малые ЭВМ. Элементная база – большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС).Аппаратная реализация функций. Диалоговые режимы работы. Примеры «Искра», ЕС1840, ЕС1841, IBM PC.

2. Крупные вычислительные системы. Многопроцессорная структура. Приближение системы команд к языкам высокого уровня. Стековая память.Распараллеливание процесса выполнения программ. Примеры: «Эльбрус» - 10 проц; ПС‑2000 - 64 проц

5-е поколение (90-е годы начало проекта) – Обработка информации осуществляется на основе “базы знаний”. Общение с пользователем происходит в естественной форме - речь, текст, изображение, способность обучаться, делать логические суждения, вести “разумную” беседу с человеком. Быстродействие - до сотен млрд оп/с. Емкость (ОП) - сотни Мб