Архитектура вычислительных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Контрольная работа

"Архитектура вычислительных систем"

Новосибирск 2014

Способы организации и типы ВС

Из каких блоков состоит центральный процессор в архитектуре фон Неймана и какие они выполняют функции?

1) Блок управления выбирает из оперативной памяти команды и исполняет их.

2) Арифметическое логическое устройство позволяет выполнять операции над данными.

3) Регистры хранят обрабатываемые данные, адрес текущей исполняемой команды и флаги.

Задача 1

Самостоятельно рассмотрите указанную область применения в плане предьявляемых ею требований к ВС. Карманный шагомер, ведущий статистику, сколько его владелец сделал шагов за час, день, неделю и месяц, на основе данных, получаемых от акселерометра.

В данном случае требуется ВС, нацеленная на хранение и обработку данных, имеющая размер карманного ПК.

Параллельная обработка информации

Какие существуют классификации ВС с параллельной архитектурой?

1. По способу организации параллелизма: конвейерная обработка, функциональная обработка, матричная обработка, мультипроцессорная обработка.

2. По уровню параллельно исполняемых фрагментов: уровень заданий, программный уровень, командный уровень, арифметический и разрядный уровень.

3. По Флинну: SISD, SIMD, MISD, MIMD.

4. По Шору (в зависимости от способа организации памяти, количества устройств обработки данных и наличия связей между ними).

Задача 2

Задача 3

Конвейерная архитектура

Какие существуют программные и аппаратные способы для устранения структурной коллизии?

1) дублирующие аппаратные блоки;

2) кэш-память;

3) изменение порядка следования инструкций.

Задача 4

ВС с неконвейерной архитектурой и временем исполнения любой инструкции A нс была заменена на ВС с идентичной системой команд, но с конвейерной архитектурой. Продолжительность такта - B нс, число стадий конвейера равно С. Вычислите полученное ускорение (отношение времени работы программы на старой ВС ко времени ее работы на новой ВС), учитывая стадию загрузки конвейера и считая, что при выполнении не возникло ни одной коллизии. Число инструкций в программе равно D.

T1 = A * D = 24000 нс

T2 = B * (C + D - 1) = 40 * (8 + 99) = 4280 нс

S = T1 / T2 = 24000 / 4280 = 5,6

RISC-архитектуры

Как устроен регистровый файл RISC микропроцессоров?

Часть регистрового файла доступна всегда. Другая часть делится на пересекающиеся области. В каждый момент времени программе доступна только одна область. При вызове подпрограммы видимое окно сдвигается на другую область регистров. Благодаря пересечению областей вызывающая подпрограмма может записать в регистры параметры и прочитать результаты. Непересекающаяся часть используется для хранения локальных переменных.

Задача 5

Гипотетический RISC микропроцессор имеет регистровый файл с A глобальными регистрами, и Е окон из B регистров для входных параметров, C регистров для локальных переменных и D регистров для выходных параметров.

1) общее число регистров микропроцессора:

Q = A + E * (B + C) = 32 + 4 * 16 = 96;

2) размер регистрового окна, видимого подпрограмме:

S = B + C + D = 22;

3) Число регистров в области пересечения двух окон:

B = D = 6.

Задача 6

Гипотетический RISC микропроцессор имеет регистровый файл, в котором всего A регистров, из которых B - глобальные. В каждом из E окон есть C регистров для входных параметров и D регистров для выходных параметров. Сколько регистров для локальных переменных есть в окне?

L = (A - B) / E - C = 16

Задача 7

Гипотетический RISC микропроцессор имеет регистровый файл, в котором всего A регистров, из которых B - глобальные. В каждом из D окон есть C регистров для локальных переменных. Сколько всего в каждом окне есть регистров для входных и выходных параметров?

X = (A - B) / D - C = 8

ВС с крупноблочным параллелизмом

Почему программирование на ВС с архитектурой MPP более трудоемко, чем с SMP? процессор программный нейман

Потому что необходимо программировать коммуникации для пересылки данных, вычисленных или хранящихся в одном, но затребованных в другом вычислительном узле.

Задача 8

Имеется гипотетический кластер, имеющий в своем составе A счетных узлов. Каждый узел имеет оперативную память объема B Мб. Операционная система занимает C Мб оперативной памяти на каждом узле. Пользователь хочет запустить процесс физического моделирования на всех узлах кластера. Модель содержит двумерный массив для хранения значений переменных в равномерно расположенных (на равномерной сетке) точках пространства. В каждой точке для модели требуется иметь C переменных одинакового формата. Размер переменной D байт. Модель такова, что размер массива по вертикали всегда равен размеру по горизонтали. Массив разрезается на равные части и распределяется между узлами кластера. Крайние столбцы части массива (расположенные у линии разреза) дублируются в соседнем узле. Нулевой столбец части массива в первом узле и последний столбец части массива в последнем узле - не дублируются. Оцените, каков максимальный размер массива (число ячеек по вертикали или горизонтали) может быть использован для моделирования на кластере? Размером моделирующей программы и всех остальных ее данных принять равной 1 Мб.

Q = (B - C - 1) * 1048576 / (C * D) = 998 * 1048576 / 200 = 5232394

N * (N * A - (A - 1)) <= Q

256 * N * N - 255 * N <= 5232394

N = 143

X = N * A - (A - 1) = 143 * 256 - 255 = 36353

Анализ и измерение производительности ВС

Какой набор тестов входит в SPEC CINT2006?

1) интерпретатор Perl, исполняющий программу обработки почты (400.perlbench);

2) архиватор, интенсивно работающий с оперативной памятью, но без обращений к диску (401.bzip2);

3) компилятор Си, генерирующий код для микропроцессора Opteron (403.gcc);

4) комбинаторная оптимизация - симплекс алгоритм для составления расписания транспорта (429.mcf);

5) задачи искусственного интеллекта, игра Го (445.gobmk);

6) анализ протеиновой последовательности с использованием скрытых Марковских цепей (456.hmmer);

7) задачи искусственного интеллекта, программа игры в шахматы (458.sjeng);

8) моделирование квантовые вычисления (462.libquantum);

9) сжатие видеопотока (464.h264ref);

10) дискретная система моделирования университетской сети (471.omnetpp);

11) алгоритмы нахождения пути на двумерной карте (473.astar);

12) обработка XML (483.xalancbmk).

Задача 9

Разработчик решил установить Web портал на машину, подключенную к сети Internet по каналу передачи данных с пропускной способностью A КБит/сек. Средний размер генерируемой по запросу пользователя страницы - B КБайт. Размер пакета данных с запросом принять равным 1 КБайт. Дайте оптимистическую оценку числа запросов, которые может обслужить портал за одни сутки. Пропускную способность канала в 1КБит/сек считать равной 1000 Бит/сек. A = 128; B = 30.

X = 24 * 60 * 60 * A * 1000 / ((B + 1) * 8 * 1024) = 43548

Задача 10

Сервер для Web портала из предыдущей задачи в среднем тратит на обработку каждого запроса одну секунду. Что в таком случае будет ограничивать оптимистическую оценку числа запросов - пропускная способность канала передачи данных или производительнсть самой ВС, на которой развернут портал?

Для передачи данных по одному запросу потребуется (B + 1) * 8 * 1024 / (A * 1000) = 1984 мс, поэтому ограничивать оптимистическую оценку числа запросов будет пропускная способность канала передачи данных.

Технология распределенной обработки данных.

Какими ключевыми свойствами обладают распределенные системы?

1) множественность вычислительных устройств;

2) целостность системы;

3) связность системы.

Какие задачи решаются миграцией процессов и каков механизм ее работы?

Миграция процессов - перелет процессов с одного узла на другой в процессе исполнения. Миграция процессов позволяет подключать и удалять узлы из распределенной системы без прерывания ее нормальной работы. Также миграция процессов является одним из способов обеспечения динамической балансировки нагрузки на уровне ОС. В случае распределенных систем с однородными узлами, миграция процесса заключается в выгрузке процесса на диск, передачи его кода, данных и контекста исполнения принимающей стороне. Для случая с неоднородными узлами требуется перекомпиляция кода для принимающего узла или его представление в машинно-независимом виде для некоторой виртуальной машины, например JVM.

Размещено на Allbest.ru