Sprzęt komputerowy
Standard ISA- dla płyt głównych określa elementy funkcjonalne wchodzące w skład płyt, sposób ich rozmieszczania, komunikacji miedzy nimi oraz możliwości rozbudowy.
SCSI jest rodzajem interfejsu, w którym jeden komputer może obsługiwać wiele urządzeń wewnętrznych i zewnętrznych. Urządzenia dołączone są równolegle do wspólnej szyny tzw. SCSI BUS, zawierającej linie danych oraz linie sterujące. Wprowadzono specjalny system komunikacji oraz protokołów wymiany inf pomiędzy urządzeniami: każde urządzenie SCSI otrzymuje własny numer ID, nazwany przez operatora na etapie montażu i podłączenie.
Numery ID: 0, 1- dyski, 2, 3, 4- napędy CR ROM, … (dalsze)- inne urządzenia, 7-host adapter (kontroler).
Zalety standardu SCSI: własny procesor, obsługa szerokiej gamy urządzeń zewnętrznych i wewnętrznych, większa ilość urządzeń do podłączenia, dłuższe kable połączeniowe, większa szybkość przesyłu danych, wysoka niezawodność. WADY: cena sterowania i urządzeń.
Istotną zaletą systemu komunikacji na szynie SCSI jest możliwość wymiany danych pomiędzy urządzeniami, bez angażowania procesora głównego. Cecha ta pozwala na uzyskanie pewnych mechanizmów, których bez zastosowania interfejsu SCSI nie można byłoby zrealizować. Urządzenia podłączone są równolegle, na końcach łańcuchów znajdują się terminatory)
Wersje kontrolerów: uniwersalne mające zainstalowany BIOS, uproszczone tańsze, bez wbudowanego BIOSu, nie potrafią wystartować systemu z dysku SCSI, ale po zainstalowaniu sterowników z powodzeniem wykonują swoje zadanie i spełniają wymogi standardu.
Technologia RAID: zadania: poprawa bezpieczeństwa danych przechowywanych na serwerach sieciowych, poprawa wygody pracy w sieci, zwiększenie szybkości zapisu i/ lub odczytu danych z dysków. Nie zawsze osiągamy wszystkie zadania.
Dla systemów operacyjnych matryce RAID widziane SA jako pojedynczy dysk.
RAID 0: wykorzystuje zapis paskowy, jest podstawowym, jednocześnie najszybszym standardem RAID. Dane przeznaczone do zapisu są dzielone na tzw paski o wielkości do 4 kB i zapisywane na różnych dyskach. Wymaga on co najmniej 2 dysków (ok. 4 razy szybszy zapis).
RAID 1- wykorzystuje zapis lustrzany. Dane zapisywane na jednym dysku są kopiowane jednocześnie na drugi. W ten sposób uzyskuje się znaczny wzrost bezpieczeństwa danych, kosztem szybkości zapisu. Ten z zasady prosty system jest drogi w eksploatacji- wykorzystuje połowę sumarycznej pojemności zainstalowanych w systemie dysków. Szybkość zapisu danych maleje ok. 15-20% w stosunku do zapisu na pojedynczy dysk w związku ze sekwencyjną częścią algorytmu zapisu.
RAID 5: posiada najlepszy stosunek wydajności i bezpieczeństwa podsystemu dysków do kosztów. RAID 5 eliminuje obciążenie dysku z informacjami o parzystości. Informacja o parzystości jest rozpraszana, podobnie jak dane, po wszystkich dyskach zainstalowanych w macierzy. Algorytm rozpraszania inf o parzystości wygląda następująco: dla pierwszego bloku na ostatnim dysku, dla drugiego na przedostatnim itd.
RAID 10: standard ten jest kombinacją RAID 1 RAID 0. Łączy w sobie zalety tych dwóch rozwiązań, czyli b wysoką wydajność z bezpieczeństwem. Kontroler obsługujący ten standard pozwala na tworzenie dwóch :podmacierzy” poziomu RAID ), które są obsługiwane jako pojedyncze dyski macierzy RAID 1. Architektura działa na podstawie stripingu danych na lustrzanych dyskach.
RAID programowy: stanowi tanią alternatywę dla rozwiązania w pełni sprzętowego. Rolę kontrolera przejmuje oprogramowanie. Jedyną zaletą takiego rozwiązania jest niska cena. Podstawową wadą jest całkowite uzależnienie od systemu operacyjnego, brak własnego sprzętowego kontrolera oraz brak możliwości wymiany uszkodzonego dysku podczas normalnej pracy systemu.
RAID sprzętowy: wykorzystuje wewnętrzne, zewnętrzne lub zintegrowane z płytą główną specjalizowane kontrolery. Wykorzystywane tu są technologie hot-swap (wymiana uszkodzonego dysku podczas pracy systemu, automatyczne odtwarzanie danych na podstawie inf pochodzących z pozostałych dysków) oraz hot-spare (wykorzystuje zainstalowane w macierzy zapasowego napędu, nie przypisanego do żadnego dysku logicznego macierzy).
Obudowy serwerowi i przemysłowe, miejsca na dyski IDE, redundantne zasilacze, kilka wentylatorów oraz kanałów wentylacyjnych, stabilna praca zasilaczy, nadmiarowe urządzenia typu hot-swap, wysoka cena, głośna praca.
Komputery równoległe:
Proces- jednostka aktywna kontrolowana przez system operacyjny. proces jest aktualnie wykonywanym programem.
Wątek- instancja procedury obliczeniowej, która posiada własne dane lokalne oraz dostęp do danych globalnych.
Różnica między wątkiem, a procesem: wątki działają wewnątrz pewnego procesu i mają dostęp do wspólnego segmentu danych. Każdy wątek posiada własne zmienne lokalne. Zmienne lokalne jednego wątku są dostępne z innych wątków tego samego procesu.
Obliczenia równoległe: określenie dotyczące programów i procesów wykonywanych jednocześnie. Wymagana jest większa ilość procesów lub połączonych komputerów.
Mechanizmy potokowe: przetwarzanie równoległe. Pierwsza forma polegała na pobraniu następnego rozkazu w trakcie wykonywania poprzedniego. W tym celu nie jest wymagana większa ilość procesów, a jedynie specjalna ich konstrukcja. Wydzielone jego części pracują jednocześnie i niezależnie od siebie wykonują składowe części większej operacji. FAZY: pobranie rozkazu, zdekodowanie, wyznaczenie adresu, wykonanie operacji.
Moc obliczeniowa: stosowane powszechnie komputery osobiste posiadają w swojej strukturze najczęściej jeden proces o określonej mocy obliczeniowej. Jednostką mocy obliczeniowej jest 1 Gflops, czyli wykonanie miliarda operacji zmiennoprzecinkowych w 1 s. Przeciętne komputery klasy pentium IV 20 GHz posiadają moc ok. 2,4 Gglops. Komputery równoległe posiadają większą ilość procesów i umożliwiają wykonywanie obliczeń równolegle- posiadają znacznie większe moce obl.
SISD komputery tej gr wykonują rozkazy sekwencyjne, a o ich architekturze mówi się arch von Noumanna. Zbudowane najczęściej z jednej jednostki sterującej, jednej przetwarzającej (arytmetyczno-logicznej) i jednego bloku pamięci operacyjnej. Do tej kategorii zaliczamy komputery wykorzystujące przetwarzania potokowe.
SIMD w komputerach o takiej organizacji wiele jednostek przetwarzających jest przyporządkowanych jednej jednostce sterującej. W praktyce oznacza to, ze te same operacje wykonywane są jednocześnie na różnych danych.
MISD
MIMD- najważniejsza kategoria maszyn równoległych. W jej organizacji wyróżnić można wiele strumieni rozkazów, danych analizujących wiele jednostek sterujących, jednostek przetwarzających. Poszczególne procesory wykonują różne operacje na różnych danych, stanowiące różne części tego samego zadania obliczeniowego.
SM-MIMD- Zbudowana z niezależnie działającej grupy procesorów. Każdy z nich ma dostęp do wspólnego obszaru pamięci. Teoretycznie każdy procesor może uzyskać dostęp do dowolnego obszaru pamięci w tym samym czasie. ZALETA: dzięki istnieniu jednolitej przestrzeni adresowej dane dostępne są, zgodnie z regułami zasięgu języka programowania, bez komunikacji miedzyprocesorowej. WADA: konieczność stosowania procedur umożliwiających synchronizację dostępu oraz słaba skalowalność związana z niemożliwością zapewnienia proporcjonalnego do liczby procesów wzrostu przepustowości kanału dostępu do pamięci.
DM-MIMD- Należą do najbardziej dynamicznie rozwijającej się i najbardziej popularnej gr maszyn równoległych. Zbudowane z działających niezależnie od siebie grupy procesorów, które posiadają własną pamięć lokalną. ZALETA: brak konieczności synchronizacji dostępu do danych. WADA: dostęp do danych jest ograniczony wyłącznie dla danego procesora, a to powoduje konieczność wymiany inf przy zastosowaniu specjalnych metod komunikacji miedzy procesorami.
Do tej klasy zaliczane są także sieci komputerów wykonujące wspólne obliczenia- maszyny wirtualne- klastry
Mechanizmy do tworzenia klastrów: PUM, MPI.
Klasyfikacja org. Systemów komputerowych wg. podziału struktury algorytmów obl: organizacja sekwencyjna, org grupowo-sekwencyjna, org komputerów zapewniająca realizację luźno powiązanych procesów sekwencyjnych, org zapewniająca ogólną współbieżność.
Zapis i odczyt inf na nośnikach magnetycznych: wykorzystywane są do tego właściwości fizyczne pewnej gr materiałów magnetycznie trwałych, Ichcechą jest zapamiętywanie ustawień dipoli magnetycznych pod wpływem pola magnetycznego- zapis. W przypadku odczytu wykorzystywane jest zjawisko indukcji elektromagnetycznej: indukowana jest w obwodzie głowicy odczytującej SEM E, pod wpływem której przepływa prąd.
Taśmy i napędy taśmowe: tasmy dzielą się na wąskie (4,8 lub 6,35 mm- ¼ cala) oraz szerokie ½ cala (12,7 mm). Taśmy wąskie są konfekcjonowane w kasetach o wymiarze najczęściej 3,5 lub 5,25 cala, Dł taśm wynosi od kilkudziesięciu m do 1100m.
Technologie zapisu: 1) liniowy: dane zapisywane sekwencyjnie znak po znaku na ścieżkach równoległych do krawędzi taśmy, 2) heliakalny: ścieżki są nachylone pod pewnym kątem do krawędzi taśmy.
Miary efektywności: n- wielkość zadania, p- liczba procesów, T(n, p)- czas wykonania programu realizującego algorytm dla zadania o wielkości n na maszynie z p procesorami
Wsp. przyśpieszenia zadania: S(n, p)= T(n, 1)/ T(n, p) ≤ p
Względny wsp. przyśpieszenia (wydajność): e(n, p)= S(n,p)/p