Кластерные суперкомпьютеры и особенности их архитектуры
Кластерные суперкомпьютеры и особенности их архитектуры - раздел Информатика, Информатика Существует Технология Построения Больших Компьютеров И Суперкомпьютеров На Ба...
Существует технология построения больших компьютеров и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.
!
Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса.
Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность.
Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP — Shared Memory multiprocessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти).
Для создания кластеров обычно используются либо простые однопроцессорные персональные компьютеры, либо двух- или четырех- процессорные SMP-серверы. При этом не накладывается никаких ограничений на состав и архитектуру узлов. Каждый из узлов может функционировать под управлением своей собственной операционной системы. Чаще всего используются стандартные ОС: Linux, FreeBSD, Solaris, Unix, Windows NT. В тех случаях, когда узлы кластера неоднородны, то говорят о гетерогенных кластерах.
При создании кластеров можно выделить два подхода. Первый подход применяется при создании небольших кластерных систем. В кластер объединяются полнофункциональные компьютеры, которые продолжают работать и как самостоятельные единицы, например, компьютеры учебного класса или рабочие станции лаборатории. Второй подход применяется в тех случаях, когда целенаправленно создается мощный вычислительный ресурс. Тогда системные блоки компьютеров компактно размещаются в специальных стойках, а для управления системой и для запуска задач выделяется один или несколько полнофункциональных компьютеров, называемых хост-компьютерами. В этом случае нет необходимости снабжать компьютеры вычислительных узлов графическими картами, мониторами, дисковыми накопителями и другим периферийным оборудованием, что значительно удешевляет стоимость системы.
Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:
· возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами;
· легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов;
· удобство управления и контроля работы системы.
Наряду с достоинствами, как и у любой технологии, у кластеризации имеются свои недостатки:
· задержки разработки и принятия общих стандартов;
· большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование;
· трудности управления одновременным доступом к файлам;
· сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.
Практически это можно использовать так:
1 пример из «жизни» систем
Компания ASUSTeK распространила информацию о двух новых Barebone системах T2-P и T2-R. Обе системы имеют одинаковые размеры 190x310x300мм, а также процессор - Intel Socket 478 Northwood/Prescott до P4 3.4+ GHz. Другие характеристики несколько отличаются, приведем их последовательно для каждой системы:
· память: T2-P: PC1600/PC2100/PC2700/PC3200, до 2Гб, 2 DIMM слота
· память:T2-R: PC1600/PC2100/PC2700, до 2Гб, 2 DIMM слота;
· материнская плата: P4R8T, ATI RS300/IXP200, 800/533/400MГц FSB;
· видео: интегрированная 64Mб
· ATI Radeon 9100, DVI, 64Mб;
· слоты: одинаковы для обеих систем: PCI, AGP 8x;
· сеть: 10/100Mбит/с, Wireless 802.11b WiFi
· сеть: 10/100Мбит/с;
· аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход кнопки Audio DJ, Audio CD, FM radio studio
· аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход;
· карты памяти: Compact Flash Type I/II, Microdrive, Memory Stick, Memory Stick Pro, Secure Digital, MultiMedia Card, Smart Media Card
· карты памяти: нет;
· отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD
· отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD;
· выходы на задней панели: 4xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN (10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход динамиков, FM антенна, антенна адаптера 802.11b, GIGA LAN, ТВ-тюнер
· выходы на задней панели: 2xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN(10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход наушников, FM антенна
2 пример из «жизни» суперкомпьютеров
Корпорация IBM представила прототип суперкомпьютера Blue Gene. Окончание же всех работ над ним и его официальный выпуск запланированы на середину 2005 года.
Blue Gene будет установлен в Ливерморскую национальную лабораторию им. Лоуренса. Основные его задачи - моделирование погодных условий и изучение космического пространства.
Blue Gene будет состоять из 130 тысяч процессоров, и его производительность будет составлять 360 терафлопс.
3 пример из «жизни» суперкомпьютеров
Список Top500 (http://www.top500.org/) - это список из 500 самых мощных суперкомпьютеров, составляемый учеными университета Мангейма, университета штата Теннесси и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Он публикуется дважды в год накануне конференции по суперкомпьютерам и позволяет следить за ростом вычислительной мощности мировой компьютерной элиты.
Так вот, в опубликованный в это воскресенье список вошли две новых машины: IBM PowerPC 970 и Opteron от AMD.
Чипы IBM используются в системе, неформально называемой Big Mac. PowerPC 970 состоит из 1100 двухпроцессорных компьютеров Apple G5, занимая в общем списке третью строчку, с производительностью в 10,3 триллионов операций в секунду.
Процессоры Opteron используются в 2816-процессорном кластере, и его производительность составляет 8 триллионов операций в секунду.
Интересен факт, что общая производительность 500 лучших систем растет экспоненциально, увеличиваясь в десять раз примерно каждые четыре года. Порог в 1000 терафлопов (триллионов операций в секунду) планируется достигнуть к 2005 году.
Самые прочные позиции в списке у HP или IBM: соотношение числа систем - 165 против 159 в пользу HP.
4 пример из «жизни» вычислительных систем
Компании Price Waterhouse (http://www.pw.com/), Oracle (http://www.oracle.com) и Sun (http://www.sun.com) разработали полностью интегрированную вычислительную систему для телекоммуникационного бизнеса. Система, получившая название Compas, включает системное программное обеспечение Oracle, аппаратную платформу Sun и прикладное программное обеспечение Price Waterhouse для учета и генерирования счетов
Москва, 2005
УДК
ББК
К
Алехина Г.В., Годин И.М., Иванько А.Ф., Иванько М.А., Мастяев Ф.А., Петрик Е.А. Информатика. / Московская финансово-промышленная академия.
Тема 2. Предмет информатики
Предмет информатики составляют такие понятия, как:
- средства вычислительной техники,
- программное обеспечение средств вычислительной техники,
- средств
Тема 3. Понятие информатизации общества
Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Пре
Тема 6. Свойства информации
Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. Систематизация существующих подходов к выделе
Тема 10. Технические средства информатизации
Автоматизация работ с данными, информацией, знаниями имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, б
Поколение ЭВМ
Основным активным элементом первого поколения являлась электронная лампа. Остальные компоненты электронной аппаратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы.
Поколение ЭВМ
На смену электронным лампам в машинах второго поколения (с 1953г.) пришли транзисторы. В отличии от ламповых машин, транзисторные машины обладали большим быстродействием, емкостью оперативной памят
Поколение ЭВМ
Третье поколение ЭВМ (с 1962г.) характеризовалось широким применением интегральных схем, заменивших большинство транзисторов и различных деталей. Интегральная схема представляла собой законченный л
Поколение ЭВМ
Четвертое поколение машин начало развиваться с 1970г. Для них характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электр
Поколение ЭВМ
Программа разработки 5 поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач иск
Перспективы развития
Все современные ЭВМ строятся на микропроцессорных наборах, основу которых составляют большие и сверхбольшие интегральные схемы.
Такие высокие технологии порождают целый ряд проблем. Микрос
Молекулярные компьютеры
Во многих странах проводятся опыты по синтезу молекул на основе их стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и реагировать на воздействия током, светом и т.п. Например, учен
Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры
Идея создания подобных компьютеров базируется на основе теории перцептрона – искусственной нейронной сети, способной обучаться. Автором этих идей был Розенблат. Он указал, что структуры, имеющие св
Квантовые компьютеры
Принцип работы элементов квантового компьютера основан на способности электрона в атоме иметь различные уровни энергии Е0, Е1,…,Е. Переход электрона с н
Оптические компьютеры
Идея построения оптического компьютера давно волнует исследователей. Многие устройства ЭВМ используют оптику в своем составе: сканеры, дисплеи, лазерные принтеры, оптические диски CD-ROM и DVD-ROM.
Принцип
Иерархическое построение памяти ЭВМ: память состоит из нескольких запоминающих устройств (ЗУ), различающихся емкостью и быстродействием. Самое быстрое ЗУ - сверхоперативное (СОЗУ),
Принцип
Для внутреннего хранения и преобразования числовой информации должна использоваться двоичная система счисления. Для характеристики объема информации при этом используется двоичный с
Принцип
Принцип программного управления:
a) работой ЭВМ управляет программа, состоящая из отдельных команд;
b) программа размещается вместе с данными в осн
Системный блок
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутре
Корпус системного блока
По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие
Материнская плата (mainboard, matherboard, systemboard)
Материнскую плату еще часто называют системной платой. Это основа компьютера. Именно эта плата определяет, какого типа процессор можно использовать, какой максимальный размер опера
Процессор
Процессор - это устройство, которое занимается обработкой и вычислением данных. Современные процессоры очень сложны. Основой любого процессора является ядро, которое состоит из мил
Группы микропроцессоров
Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в
VLB (VESA Local Bus)
Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA ( VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано тем, что при в
FSB - (front Side Bus)
Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в это
Оперативная память
Оперативная память (RAM — RandomAccess Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с
Логическая структура оперативной памяти
Делится логическая структура оперативной памяти на несколько областей (зон, разделов):
1. Conventional memory – основная память;
2. UMA (Upper Memory Area) – верхняя память;
Основная память
Основная память (Conventional memory) начинается с адреса 00000 (0000:0000) и до 90000 (9000:0000). Это занимает 640 Кбайт. В эту область грузится в первую очередь
Верхняя память (UMA)
Верхняя память (UMA) - начинается с адреса А0000 и до FFFFF. Занимает она 384 Кбайт. Сюда грузится информация, связанная с аппаратной частью компьютера. UMA можно р
Сверхоперативная память
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к
Энергонезависимая память CMOS
Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устро
Жесткий диск
Основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высок
Дисковод гибких дисков
Дисковод, предназначенный для работы с дискетами. До сих пор не придумано устройство, позволяющее так же легко и быстро записывать на какой-либо носитель. Гибкие диски (дискеты) поз
Дисковод компакт-дисков CD-ROM
В период 1994-1995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной стала считаться у
Видеокарта (видеоадаптер)
За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: МОЛ (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цв
Звуковая карта
Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет
Параллельный порт
!
Параллельный порт -это скоростной порт, через который сигнал передается в двух направлениях по 8 параллельным линиям.
Последовательный порт
!
Последовательный порт (Serial port или COM-port: Communications port) -это порт, через который данные передаются только в одном направлении в каждый момент времени.
USB порт
!
USB (Universal Serial Bus) -универсальный последовательный порт. Это порт, который позволяет подключать практически любые периферийные устройства.
Порт FireWire
!
FireWire -дословно - огненный провод (произносится "файр вайр") - это последовательный порт, поддерживающий скорость передачи данных в 400 Мбит/сек.
Состав клавиатуры
Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам.
Принцип действия клавиатуры
Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспеч
Специальные клавиатуры
Клавиатура является основным устройством ввода данных. Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путем изменения формы клавиатуры, раск
Сканеры
!
Сканер (Scanner)— устройство для копирования графической и текстовой информации и ввода ее в компьютер.
Дигитайзеры
!
Дигитайзер (Digitizer) —устройство для оцифровки чертежей и других изображений. Дигитайзер позволяет преобразовать изображения в цифровую форм
Цифровые фотокамеры
!
Цифровой фотоаппарат —это фотоаппарат, который записывает изображение не на фотопленку, а на приемный экран - иконоскоп.
Световой карандаш
!
Световой карандаш— это устройство, напоминающее обычную авторучку с проводом. На конце ручки находится светоприемник, который может регистрировать изменение я
Монитор
Монитор — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг
Принтеры
В качестве устройств вывода данных также используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе.
Плоттер
!
Плоттер (Plotter) или графопостроитель — устройство для вывода различных чертежей, географических карт, плакатов и других изображений на бумагу большого форма
Функциональность
Простейшие мыши имеют всего две кнопки, но могут встречаться модели и с пятью кнопками или двумя колесиками прокрутки.
Дополнительные кнопки требуют специальной поддержки со стороны драйве
Эргономика
Мышь обязана быть удобной. Манипуляторы эргономичной формы приспособлены для человеческой кисти лучше, чем симметричные, но они в основном предназначены для правшей. Удобно положить на нее левую ру
Интерфейс
Мышь подключается к персональному компьютеру при помощи интерфейсов RS-232 (COM), PS/2 и USB. Первый есть в каждом компьютере, второй — в любом, произведенном за последние 4–5 лет, третий — почти в
ZIP-накопители
ZIP-накопителивыпускаются компанией Iomega, специализирующейся на создании внешних устройств для хранения данных. Устройство работает с дисковыми носителями, по раз
Стримеры
!
Стриммер (stream — длинная лента) — устройство для записи информации на магнитную ленту.
Стриммер используется для архивирования инф
Понятие вычислительной системы
В связи с кризисом классической структуры ЭВМ дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями построения
Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры
К суперкомпьютерам относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Создать такие высокопроизводительные компьютер
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов