Обчислювальна система (ВС) - сукупність взаємопов'язаних і взаємодіючих ЦП або ЕОМ, ВУ і ПО, призначена для збору, зберігання, обробки і розподілу иформации.
Створення ВС переслідує такі цілі:
Підвищення продуктивності системи за рахунок прискорення процесу обробки даних
Підвищення надійності і достовірності обчислень
Надання користувачам додаткового сервісу
Основна ідея, реалізована в ВС - наявність декількох обчислювачів, що забезпечують паралельну обробку даних. Це підвищує швидкодію, надійність і достовірність функціонування системи. Однак при цьому ускладнюється управління обчислювальним процесом, використання ТЗ і ПО. Ці функції виконує ОС.
ВС можна розділяти на багатомашинні і багатопроцесорні.
При многомашинной архітектурі кілька процесорів, що входять у ЗС, не мають загальної ОП, а кожен має свою локальну пам'ять. Кожна що входить в ВС ЕОМ має класичну архітектуру. Але ефект від такої архітектури м.б. отриманий тільки при вирішенні завдань, що мають дуже спеціальну структуру - вони повинні розбиватися на стільки подзадач, скільки ЕОМ в системі.
Многопроцессорная архітектура означає, що в ВС кілька процесорів, і тому можливо організувати кілька паралельних потоків даних і потоків команд. Т.ч. паралельно може виконуватися кілька фрагментів однієї задачі. Всі процесори працюють з однією спільною пам'яттю.
Архітектура з паралельними процесорами передбачає, що кілька АЛУ працюють під управлінням одного УУ. Тому безліч даних може оброблятися за однією програмою, тобто по одному потоку команд. Велике швидкодію можна отримати тільки на завданнях, в яких однакові обчислювальні операції виконуються одночасно на різних однотипних масивах даних.
Рівні і кошти комплексування
При створенні ВС намагаються забезпечити кілька шляхів передачі даних, що дозволяє досягти надійності, гнучкості функціонування ВС. Ефективність обміну інформацією визначається швидкістю передачі і можливими обсягами даних, що передаються по каналах взаємодії. Це залежить від коштів, що забезпечують взаємодію окремих елементів, і рівня управління процесами, на якому це взаємодія здійснюється. Поєднання різних рівнів обміну даними між елементами найбільш повно використовується в суперЕОМ. Там передбачені такі рівні комплексування:
Прямого управління (процесор - процесор)
Комплексіруемих каналів введення-виведення
Пристроїв управління зовнішніми пристроями
Загальних зовнішніх пристроїв
На кожному рівні використовуються спеціальні ТЗ і ПС, що забезпечують обмін інформацією.
Рівень прямого управління служить для передачі коротких однобайтових наказів-повідомлень. Процесор-ініціатор обміну по інтерфейсу прямого управління передає в блок прямого управління байт-повідомлення і видає команду «пряма запис». В іншому процесорі ця команда викликає переривання типу «зовнішнє». У відповідь він видає команду «пряме читання» і записує передається байт в свою пам'ять. Потім прийнята інформація розшифровується і по ній приймається решеніе.когда передача завершиться, переривання знімаються, і обидва процесора продовжують виконувати свої програми. Очевидно, що цей рівень не може використовуватися для передачі великих масивів даних, але зручний для оперативної взаємодії сигналами. У ПК цей рівень відповідає комплексированию процесорів, що підключаються до системної шини.
Рівень загальної ОП є найкращим для оперативної взаємодії процесорів. Цей метод ефективний при невеликому числі обслуговуваних абонентів.
Рівень комплексіруемих каналів введення-виведення призначений для передачі великих обсягів інформації між блоками ОП сполучених ЕОМ. Обмін даними між ЕОМ виконується за допомогою адаптера «канал-канал» (АКК) і команд «читанні» і «запис». Адаптер погодить швидкості роботи сполучених каналів. Швидкість обміну даними визначається швидкістю самого повільного каналу. Швидкість передачі даних на цьому рівні становить кілька мегабіт в секунду. У ПК цього рівня взаємодії відповідає підключення периферійної апаратури через контролери і адаптери.
Рівень пристроїв управління зовнішніми пристроями (УВУ) передбачає використання вбудованого в УВУ двоканального перемикача і команд «зарезервувати» і «звільнити». Двоканальний перемикач дозволяє підключати УВУ однієї ЕОМ до каналів інших ЕОМ. За командою «зарезервувати» канал-ініціатор обміну отримує доступ через УВУ до будь-яких пристроїв зовнішньої пам'яті. Обмін каналу з накопичувачами триває до повного завершення і отримання команди «звільнити». Тільки після цього УВУ може підключитися до іншого каналу.
На четвертому рівні подання з допомогою апаратури передачі даних (АПД) (мультиплексори, мережеві адаптери, модеми і т.д.) забезпечується можливість сполучення з каналами зв'язку. Ця апаратура дозволяє створювати мережі ЕОМ.
П'ятий рівень передбачає використання загальних зовнішніх пристроїв. Для підключення окремих пристроїв використовується автономний двоканальний перемикач.
П'ять рівнів комплексування є логічними, тому що вони об'єднують на кожному рівні різнотипну апаратуру, що має схожі методи управління. Кожне з пристроїв може мати логічне ім'я, яке використовується в прикладних програмах. Цим досягається незалежність програм користувачів від конкретної фізичної конфігурації системи. Зв'язок логічної структури програми і конкретної фізичної структури ВС забезпечується Осом різними засобами: директивами користувача, при генерації ОС, командами оператора ЕОМ. Різні рівні комплексування дозволяють створювати різні структури ВС.
Другий логічний рівень дозволяє створювати багатопроцесорні ВС. Зазвичай він доповнюється першим рівнем, що підвищує оперативність взаємодії процесорів. ВС надвисокої продуктивності повинні будуватися як багатопроцесорні. Центральний блок такої системи - швидкодіючий комутатор, що забезпечує необхідні підключення процесорів і каналів до загальної ОП.
Рівні 1, 3, 4, 5 забезпечують побудову різних багатомашинних комплексів. Найчастіше використовується комбінація 3 і 4. доцільно доповнювати їх першим рівнем.
П'ятий рівень комплексування використовується в рідкісних спеціальних випадках, коли в якості зовнішнього об'єкта використовується якесь дороге унікальний пристрій. В інших випадках цей рівень малоефективний. Будь-яке ВУ є недостатньо надійним, а, значить, якщо можна управляти не одним, а кількома ВУ, вигідніше використовувати 4-й рівень комплексування.