Архитектура вычислительных систем

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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… Читать ещё >

Архитектура вычислительных систем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

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


1 011 1 011 1 011 1 0 0 0	1 011 1 10 100 10 0 0 0	1 010 10 110 10 0 0 0 0	11 110 0 100 0 0 0 0	11 110 100 0 0 0 0 0	11 010 1 000 0 0 0 0 0	10 010 10 000 0 0 0 0 0	10 100 000 0 0 0 0 0	100 010 0 0 0 0 0 0

Задача 3

0
0
111 111 111 111 111 105 501 764 517 888
11 111 111 111 111 111 869 590 405 120
1 111 111 111 111 111 049 520 087 040
111 111 111 111 111 104 952 008 704
11 111 111 111 111 110 924 697 600
1 111 111 111 111 111 092 469 760
11 111 111 111 111 110 924 697 600
111 111 111 111 111 104 952 008 704
1 111 111 111 111 111 049 520 087 040
11 111 111 111 111 111 869 590 405 120
111 111 111 111 111 105 501 764 517 888
0
0

0
1 111 111 111 111 111 055 017 645 178 880
1 111 111 111 111 111 055 017 645 178 880
1 110 999 999 999 999 990 848 095 780 864
111 099 999 999 999 992 047 935 160 320
11 109 999 999 999 999 204 793 516 032
1 110 999 999 999 999 975 454 932 992
110 999 999 999 999 996 527 116 288
1 110 999 999 999 999 975 454 932 992
11 109 999 999 999 999 204 793 516 032
111 099 999 999 999 992 047 935 160 320
1 110 999 999 999 999 990 848 095 780 864
1 111 111 111 111 111 055 017 645 178 880
1 111 111 111 111 111 055 017 645 178 880
0

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.


A.	B.	C.	D.

T1 = A * D = 24 000 нс.

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

S = T1 / T2 = 24 000 / 4280 = 5,6.

RISC-архитектуры.

Как устроен регистровый файл RISC микропроцессоров?

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.


A.	B.	C.	D.	E.

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?


A.	B.	C.	D.	E.

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?


A.	B.	C.	D.

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.


A.	B.	C.	D.

Q = (B — C — 1) * 1 048 576 / (C * D) = 998 * 1 048 576 / 200 = 5 232 394.

N * (N * A — (A — 1)) <= Q.

256 * N * N — 255 * N <= 5 232 394.

N = 143.

X = N * A — (A — 1) = 143 * 256 — 255 = 36 353.

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) = 43 548.

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.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой