Модель коллектива вычислителей

S = <H, A>, где H – описание конструкции коллектива вычислителей, A – алгоритм функционирования коллектива вычислителей.

H = <C, G>, где C = {Ci}, i = 1..n – количество автономных вычислителей, G – описание структуры сети связей между вычислителями.

Конструктивно коллектив вычислителей строится на основе следующих принципов:

1. Параллелизм (parallelism, concurrency) – параллельное выполнение операций на множестве C вычислителей через связи структуры G.

2. Программируемая структура (programmability, adaptability) – физическая структура может меняться в зависимости от решаемой задачи.

3. Однородность конструктивных элементов.

Следует отметить, что эти принципы противоположны принципам, положенным в основу отдельного вычислителя.

Структурно G представляется графом, вершины которого являются вычислителями, а ребра – связями между ними. При небольшом количестве вычислителей граф может быть полносвязным. При большом количестве – не может. В связи с этим, по связи выделяют следующие простейшие структуры:

· Нуль-мерные – взаимодействуют через общую шину.

· Одномерные – связывают каждого вычислителя с соседними.

· Двухмерные – связывают каждого вычислителя с четырьмя соседями.

· N-мерные – связывают каждого вычислителя с 2N соседями. Пример – гиперкуб.

Алгоритм А коллектива вычислителей представляется в виде A(P(D)), где D = {Di}, i = 1..n, P – параллельная программная реализация общей задачи. Тогда в общем виде модель коллектива вычислителей может быть представлена, как S = <C, G, A(P(D))>.

Вычислительное средство, функционирующее на основе модели коллектива вычислителей, называется вычислительной системой (вычислительным комплексом).

Принципы технической реализации модели:

1. Модульность (modularity) – формирование ВС из универсальных элементов (модулей).

2. Близкодействие (short-range interactivity) – каждый модуль может обмениваться данными непосредственно с другими модулями. Взаимодействие с удаленной вершиной происходит через промежуточные вершины по каналу «точка-точка». Принцип дает возможность реализовать управление независимо от количества модулей.

3. Локальность – состояние вычислителя Ei в момент времени t(t+1) зависит от состояние на предыдущем шаге и от состояния непарных связанных с ним вычислителей.

4. Асинхронное функционирование – порядок срабатывания модулей в коллективе вычислителей определяется не с помощью меток времени, а достижением заданных значений некоторыми переменными.

5. Децентрализованность управления.

6. Распределенность ресурсов. Ресурсы – процессоры, модули памяти и т.п.

Лекция 9.12.09