Архітектура сімейства Т-2, Т-4, Т-8

Трансп'ютери ставляться до класу RISC процесорів. Система команд орієнтована на мову високого рівня ОККАМ (OCCAM). Це мова паралельного програмування, що дозволяє задавати паралельні обчислення відповідно до моделі взаємодіючих послідовних процесів (CSP). Програма мовою ОККАМ являє собою сукупність асинхронних, що спільно протікають взаємодіючих процесів. Взаємодія між процесорами реалізується шляхом обміну даними за принципом " рандеву".

Ініціалізація системи після включення живлення

Трансп'ютер і його ОЗУ побудовані по КМОП-технології й не зберігають свого стану після відключення живлення. Тому після включення живлення для початку функціонування в трансп'ютер необхідно завантажити деякий мінімум програмного забезпечення. Трансп'ютер може бути завантажений як із зовнішнього ПЗУ, так і з будь-якого лінка. Для вказівки виду завантаження використається відповідний вивід трансп'ютера.

При завантаженні даних з лінка після включення живлення трансп'ютер переходить у стан очікування прийому даних по лінкам. Перший байт, прийнятий по кожному з лінков, управляє подальшим режимом роботи трансп'ютера. Якщо його значення більше 1, то він інтерпретується як довжина коду програми, прийнятої слідом за ним. Прийняті дані записуються на згадку, починаючи зі стартової адреси, з його починається й виконання програми. Як правило, першої завантажується програма початкового завантаження трансп'ютера, що забезпечує завантаження іншого програмного забезпечення.

22.Відмовостійкі комп’ютерні системи. Основні поняття.

Відмовостійкість- це властивість системи (часто комп'ютерної), що дозволяє їй продовжувати правильно діяти у випадку помилки або декількох помилок в деяких її частинах. Якщо при цьому падає якість експлуатації, то це відбувається пропорціонально до серйозності помилки, на відміну від наївно спроектованих систем, в яких навіть маленька помилка спричиняє загальну відмову.

В межах окремої системи, відмовостійкість може бути досягнута очікуванням виняткових умов і побудовою системи, що могла б упоратись із ними, і, загалом, метою для самостабілізації є система, що сходиться в напрямку до стану без помилок. Однак, якщо наслідки збоїв системи є катастрофічними, або ціна побудови достатньо надійної системи занадто висока, кращим рішенням може бути деяка форма дублювання. В будь-якому випадку, якщо наслідки збою катастрофічні, система має бути спроможною використати реверсію, щоб повернутися до безпечного стану. Це подібно до відкочування, але може бути зроблене людиною, якщо вона присутня в процесі.

Технічне діагностування КС передбачає такі основні функції, як контроль їх технічного стану,

пошук місця і визначення причин несправності та прогнозування технічного стану [].

Процес діагностування відмовостійких КС на етапі експлуатації має ряд особливостей:

1) можливість виникнення відмови довільних елементів, кількість яких перевищує максимально

допустиме число для характерних несправностей;

2) наявність проміжних відмов, які призводять до різних несправностей;

3) вплив невиявлених відмов на результати діагностування;

4) взаємний вплив прихованих несправностей;

Крім особливостей процесу діагностування КС на етапі експлуатації, самі відмовостійкі

комп’ютерні системи, як об’єкти діагностування, мають такі особливості:

1) неможливість або обмеженість доступу до окремих вузлів в реальному часі на етапі експлуатації,

особливо в таких галузях, як авіаційна, космічна, атомна енергетика та транспорт;

2) відсутність або висока вартість спеціалізованих апаратних та програмних засобів діагностування КС;

3) наявність надлишковості апаратури для всіх функційних блоків, включаючи процесори, джерела

живлення, підсистеми введення/виведення та підсистеми дискової пам’яті, що, в свою чергу, зумовлює

особливості цих складових як об’єктів діагностування;

23.Основні підходи по забезпеченню відмовостійкості КС.

Особливостями відмовостійких комп’ютерних систем (КС) є: їх висока безвідмовність,

безперебійність роботи системи при наявності відмов та більш тривалий життєвий цикл експлуатації.

Відмовостійкі системи мають і ряд специфічних характеристик: складність дизайну, висока вартість

розгортки, підвищення енергоспоживання, ускладення системи.

При виборі та експлуатації відмовостійких систем визначальний вплив мають наступні

характеристики:

1) доступність – ймовірність того, що система у певний момент часу буде знаходитись в

роботоздатному стані;

2) безвідмовність – властивість системи протягом певного проміжку часу працювати без відмов;

3) висока ремонтоздатність – готовність до роботи після виникнення несправності, яка визначає

ступінь складності виправлення дефекту/несправності/помилки у системі.

Розробка відмовостійкої системи, а також її відмовостійка експлуатація, повинні базуватись на розумінні природи таких типів відмов, ймовірність виникнення яких є максимальною за даних умов експлуатації системи.

Існує два основних напрямки побудови відмовостійких систем : 1) використання лише

відмовостійких компонентів – при такій реалізації кожен компонент системи може продовжувати своє функціювання, навіть якщо один/декілька підкомпонентів системи виходять з ладу; 2) розроблення методів, які гарантують побудову відмовостійкої системи з невідмовостійких компонентів – відмовостійкість в таких системах реалізується за рахунок введення надлишковості та розроблення спеціального програмного забезпечення, елементних взаємозв’язків та алгоритмів функціювання.

24.Методи виявлення відмов у КС.

За часом впливу на об’єкт відмови поділяються на : постійні (permanent fault) – одноразовий

вплив без можливості наступного використання системи;

переривчасті (intermittent fault) – багаторазове повторення ситуації без можливості визначення її закономірності;

перехідні (transient fault) – одноразова тимчасова відмова без можливості її повторення при рестарті системи.

Відмови можуть виникати раптово (без попереднього погіршення вихідних характеристик) або наперед прогнозуватись за постійними змінами вихідних характеристик .

Ціна відмови комп’ютерної системи складається з декількох компонентів : втрати прибутку;

непродуктивної роботи персоналу; зростаючої недовіри клієнтів; втрачених ділових можливостей. На сьогодні не існує системи, яка гарантує 100 %-ву відмовостійкість , тобто

100%-ву ймовірність безвідмовної роботи протягом заданого проміжку часу.

Стійкість до відмов дозволяє забезпечувати праце-здатність системи і доступність її ресурсів у разі виходу з ладу окремихкомпонентів. Вимоги ранжирують залежно від кількості несправностей, занаявності яких зберігається працездатність системи, і від множини ресурсів, доступних в умовах виходу з ладу компонентів системи.

25. Моделі відмовостійких комп’ютерних систем.

1)Відмовостійкість устаткування є найбільш поширеним застосуванням на цих системах, призначених для запобігання збоїв через апаратні компоненти. в основному, це передбачено надмірністю, зокрема, подвійний модульної надмірності. Як правило, компоненти мають кілька резервних копій і розділені на дрібніші "сегменти", які діють щоб витримати помилки, і додаткова надмірність вбудована в усі фізичні коннектори, джерела живлення, вентилятори і т.д. Є спеціальні програмні та інструментальні пакети, призначені для виявлення несправностей, таких як маскування несправностей, що є шлях ігнорування несправності, готується резервний компонент для виконання щось, як тільки команда посилається, за допомогою свого роду протокол голосування, де, якщо основний та резервні копії не дають такої ж результати,пошкоджений вихід ігнорується.

2)Програмна відмовостійкість базується найбільше на зведенні нанівець помилки програмування, використовуючи надмірність в режимі реального часу, або статичні "надзвичайна ситуація" підпрограми, щоб замінити програми, які аварії. Є багато способів для проведення такого регулювання збоїв, в залежності від області застосування та наявного обладнання.

26. Основні принципи забезпечення відмовостійкості дискової пам’яті. Технологія RAID0.

Технологія RAID 0 також відома як розподіл даних (англ. data striping). Із застосуванням цієї технології інформація розбивається на шматки (фіксовані обсяги даних, зазвичай називаються блоками); і ці шматки записуються на диски і прочитуються з них паралельно. З погляду швидкодії це означає дві основні переваги:

· підвищується пропускна спроможність послідовного вводу/виводу за рахунок одночасного завантаження кількох інтерфейсів.

· знижується латентність випадкового доступу; декілька запитів до різних невеликих сегментів інформації можуть виконатися одночасно.

Недолік:

· рівень RAID 0 призначений виключно для підвищення швидкодії, і не забезпечує надмірності даних. Тому будь-які дискові збої вимагають відновлення інформації з резервних носіїв.

27. Технології RAID1, RAID2, RAID3 та порівняння їх ефективності.

Технологія RAID 1 також відома як дзеркалювання (англ. disk mirroring). В цьому випадку, копії кожного шматка інформації зберігаються на окремому диску; або, зазвичай кожен (використовуваний) диск має «двійника», який зберігає точну копію цього диска. Якщо відбувається збій одного з основних дисків, то він підмінюється своїм «двійником». Продуктивність довільного читання може бути покращена, якщо для читання інформації використовуватиметься той з «двійників», головка якого розташована ближче до необхідного блоку.

Час запису може бути дещо більшим, ніж для одного диска, залежно від стратегії запису: запис на два диски може проводиться або в паралель (для швидкості), або строго послідовно (для надійності).

Рівень RAID 1 добре підходить для застосунків, які вимагають високої надійності, низької латентності при читанні, а також якщо не потрібна мінімізація вартості. RAID 1 забезпечує надмірність зберігання інформації, але у будь-якому випадку слід підтримувати резервну копію даних, оскільки це єдиний спосіб відновити випадково видалені файли або директорії.

(+): Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.^[1]

(+): Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска, т.е. значительно ниже вероятности выхода из строя отдельного диска. На практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва.

(-): Недостаток RAID 1 в том, что по цене двух жестких дисков пользователь фактически получает объем лишь одного.

RAID2 Массивы такого типа основаны на использовании кода Хемминга. Диски делятся на две группы: для данных и для кодов коррекции ошибок, причём если данные хранятся на дисках, то для хранения кодов коррекции необходимо дисков. Данные распределяются по дискам, предназначенным для хранения информации, так же, как и в RAID 0, т.е. они разбиваются на небольшие блоки по числу дисков. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок, по которым в случае выхода какого-либо жёсткого диска из строя возможно восстановление информации. Метод Хемминга давно применяется в памяти типа ECC и позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки.
Достоинством массива RAID 2 является повышение скорости дисковых операций по сравнению с производительностью одного диска.

Недостатком массива RAID 2 является то, что минимальное количество дисков, при котором имеет смысл его использовать,— 7. При этом нужна структура из почти двойного количества дисков (для n=3 данные будут храниться на 4 дисках), поэтому такой вид массива не получил распространения. Если же дисков около 30-60, то перерасход получается 11-19%

RAID3 В массиве RAID 3 из дисков данные разбиваются на куски размером меньше сектора (разбиваются на байты или блоки) и распределяются по дискам. Ещё один диск используется для хранения блоков чётности. В RAID 2 для этой цели применялся диск, но большая часть информации на контрольных дисках использовалась для коррекции ошибок на лету, в то время как большинство пользователей удовлетворяет простое восстановление информации в случае поломки диска, для чего хватает информации, умещающейся на одном выделенном жёстком диске.

Отличия RAID 3 от RAID 2: невозможность коррекции ошибок на лету и меньшая избыточность.

Достоинства:

· высокая скорость чтения и записи данных;

· минимальное количество дисков для создания массива равно трём.

Недостатки:

· массив этого типа хорош только для однозадачной работы с большими файлами, так как время доступа к отдельному сектору, разбитому по дискам, равно максимальному из интервалов доступа к секторам каждого из дисков. Для блоков малого размера время доступа намного больше времени чтения.

· большая нагрузка на контрольный диск, и, как следствие, его надёжность сильно падает по сравнению с дисками, хранящими данные.

28. Технології RAID4, RAID5. Порівняння їх ефективності.

RAID 4

RAID 4 похож на RAID 3, но отличается от него тем, что данные разбиваются на блоки, а не на байты. Таким образом, удалось отчасти «победить» проблему низкой скорости передачи данных небольшого объёма. Запись же производится медленно из-за того, что чётность для блока генерируется при записи и записывается на единственный диск. Из систем хранения широкого распространения RAID-4 применяется на устройствах хранения компании NetApp (NetApp FAS), где его недостатки успешно устранены за счет работы дисков в специальном режиме групповой записи, определяемом используемой на устройствах внутренней файловой системой WAFL.

RAID 5

Основным недостатком уровней RAID от 2-го до 4-го является невозможность производить параллельные операции записи, так как для хранения информации о чётности используется отдельный контрольный диск. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операцииXOR (исключающее или). Xor обладает особенностью, которая даёт возможность заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Например: a xor b = c (где a, b, c — три диска рейд-массива), в случае если a откажет, мы можем получить его, поставив на его место c и проведя xor между c и b: c xor b = a. Это применимо вне зависимости от количества операндов: a xor b xor c xor d = e. Если отказывает c тогда e встаёт на его место и проведя xor в результате получаем c: a xor b xor e xor d = c. Этот метод по сути обеспечивает отказоустойчивость 5 версии. Для хранения результата xor требуется всего 1 диск, размер которого равен размеру любого другого диска в raid.

Переваги

RAID5 получил широкое распространение, в первую очередь, благодаря своей экономичности. Объём дискового массива RAID5 рассчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n — число дисков в массиве, а hddsize — размер наименьшего диска. Например, для массива из четырех дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 — 1) * 80 = 240 гигабайт. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы и падает производительность, так как требуются дополнительные вычисления и операции записи, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких дисков массива могут обрабатываться параллельно.

Недоліки

Производительность RAID 5 заметно ниже, в особенности на операциях типа Random Write (записи в произвольном порядке), при которых производительность падает на 10-25% от производительности RAID 0 (или RAID 10), так как требует большего количества операций с дисками (каждая операция записи, за исключением так называемых full-stripe write-ов, сервера заменяется на контроллере RAID на четыре — две операции чтения и две операции записи). Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на еще одном диске, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат.

29. Технології RAID6, RAID7. Порівняння їх ефективності.

RAID-6

Відмовостійкий масив незалежних дисків з двома незалежними розподіленими схемами парності. Цей рівень багато в чому схожий з RAID 5. Тільки в ньому використовується не один, а два незалежні схеми контролю парності, що дозволяє зберігати працездатність системи при одночасному виході з ладу двох накопичувачів. Для обчислення контрольних сум у RAID 6 використовується алгоритм, побудований на основі коду Ріда-Соломона (Reed-Solomon).

Переваги:

§ висока відмовостійкість;

§ досить висока швидкість обробки запитів;

Недоліки:

§ низька швидкість читання / запису даних малого об'єму при поодиноких запитах;

§ дуже складна реалізація;

§ складне відновлення даних;

§ низька швидкість запису даних.

RAID-7

Відмовостійкий масив, оптимізований для підвищення продуктивності. На відміну від інших рівнів, RAID 7 не є відкритим індустріальним стандартом - це зареєстрована торгова марка компанії Storage Computer Corporation. Масив грунтується на концепціях, використаних у третьому та четвертому рівнях. Додано можливість кешування даних. До складу RAID 7 входить контролер з вбудованим мікропроцесором під керуванням операційної системи реального часу (real-time OS). Вона дозволяє обробляти всі запити на передачу даних асинхронно і незалежно.

Переваги:

§ дуже висока швидкість передачі даних і висока швидкість обробки запитів (в 1,5 ... 6 разів вище інших стандартних рівнів RAID);

§ хороша масштабованість;

§ значно зросла (завдяки наявності кешу) швидкість читання даних невеликого обсягу;

§ відсутність необхідності в додатковій передачі даних для обчислення парності.

Недоліки:

§ власність однієї компанії;

§ складність реалізації;

§ дуже висока вартість на одиницю обсягу;

§ не може обслуговуватися користувачем;

§ необхідність використання блоку безперебійного живлення для запобігання втрати даних з кеш-пам'яті;

§ короткий гарантійний термін.

30. Складений рівень RAID0+1

RAID 0 +1 являє собою складений масив, що складається із RAID 0 та RAID 1 масивів данних. Його не слід плутати із RAID 10 (1 +0), бо він має дещо іншу структуру

Під RAID 0 +1 може матися на увазі два варіанти:

- два RAID 0 об'єднуються в RAID 1

- в масив об'єднуються три і більше диска, і кожен блок даних записується на два диска даного масиву; таким чином, при такому підході, як і в «чистому» RAID 1, корисний об'єм масиву становить половину від сумарного обсягу всіх дисків (якщо це диски однаковою ємності).

Масиви данних типу RAID 0 +1 є чи не найпопулярнішими масивами данних, тому що в них поєднюються риси дзеркалювання і чередування, що в свою чергу дозволяє створювати великі масиви данних з високою продуктивністю та відмовостійкістю.

RAID 0 + 1 володіє високою швидкістю роботи. Підвищеною надійністю. Здатний підтримуватися навіть самими низькобюджетними моделями RAID-контролерів і є досить привабливим рішенням за ціною.

31. Складений рівень RAID3+0.

RAID 3+0являє собою масив типу RAID 0, сегментами якого є масиви RAID 3. Він об'єднує в собі відмово стійкість, високу продуктивність та непогану завадостійкість. Дані спочатку розділяються на блоки (як в RAID 0) і потрапляють на масиви-елементи. Там вони знову діляться на блоки, рахується їх парність, блоки пишуться на всі диски окрім одного, на який пишуться біти парності. В даному випадку, з ладу може вийти один з дисків кожного з вхідних до складу RAID 3 масиву. Зазвичай використовується для додатків, які потребують послідовної передачі даних великих обсягів.

переваги:

висока відмовостійкість;

висока продуктивність.

недоліки:

висока вартість;

обмежене масштабування.

32. Складені рівні RAID5+0 та RAID5+1. Технологія JBOD.

Raid 5+0або RAID 50 - об'єднання двох (або більше, але це вкрай рідко застосовується) масивів RAID5 в страйп, тобто комбінація RAID5 і RAID0, частково виправляє головний недолік RAID5 - низьку швидкість запису даних за рахунок паралельного використання кількох таких масивів. Загальна ємність масиву зменшується на ємність двох дисків, але, на відміну від RAID6, без втрати даних такий масив переносить відмову лише одного диска, а мінімально необхідне число дисків для створення масиву RAID50 дорівнює 6. Поряд з RAID10, це найбільш рекомендований рівень RAID для використання в додатках, де потрібна висока продуктивність у поєднанні прийнятною надійністю.

ВRaid 5+1поєднання зеркалирования і чергування з розподіленою парністю (система з RAID 1, що віддзеркалює два RAID 5.). Також варіантом є RAID 15 (1 + 5). Має дуже високу відмовостійкість. Масив 1 + 5 здатний працювати при відмові трьох дисків, а 5 + 1 - п'яти з восьми дисків. RAID 5+1 дуже надійна, але за це приходиться платити великим об’ємом невикористованої пам’яті та більшою вартістю в порівняні з іншими масивами.

Технологія JBOD.

JBOD - дисковий масив, в якому єдиний логічний простір розподілено по жорстких дисках послідовно. Проте в деяких RAID-контролерах режимом «JBOD» названо режим, при якому контролер працює як звичайний IDE- або SATA-контролер, що не задіює механізми об'єднання дисків в масив, тобто в такому випадку кожен диск буде видно як окремий пристрій в операційній системі. Частина IT-фахівців трактує «JBOD» буквально як «купу» дисків, кожен з яких функціонує незалежно один від одного, а поняття «spanning» (тобто «охоплення» даними декількох дисків) відносять вже не до JBOD , а до RAID - технологій, оскільки має місце організація дисків в найпростіший масив.

Характеристики:

· Ємність масиву дорівнює сумі ємностей складових дисків

· Імовірність відмови приблизно дорівнює сумі ймовірностей відмови кожного диска в масиві (надмірність не передбачена

· Швидкість читання і запису залежить від області даних ; вона не вище, ніж у найшвидшого диска в масиві і не нижче ніж у самого повільного

· Навантаження на процесор при роботі мінімальна (порівняна з навантаженням при роботі з одиничним диском )

Особливості:

· Відмова одного диска дозволяє відновити файли на інших дисках (якщо жоден з їх фрагментів не належить пошкодженому диску)

· Масив може складатися з дисків різної ємності та швидкості

· Масив легко розширюється додатковими дисками у міру потреби

33 Топології комп’ютерних систем. Загальні поняття.

Приклади топології мережі передачі даних. Структура ліній комутації між процесорами обчислювальної системи (топологія мережі передачі даних) визначається, як правило, з врахуванням можливостей ефективної технічної реалізації. Важливу роль при виборіструктуримережівідіграєтакожаналіз

1) Повний граф 2) Лінійка

3) Кільце 4) Зірка

5) 2 - вимірна решітка 6) 3 - вимірна решітка

Рис. 2.1. Приклади топології багатопроцесорних обчислювальних систем

інтенсивності інформаційних потоків при паралельному вирішенні найпоширеніших обчислювальних задач. До числа типових топологій зазвичай відносять такі схеми комунікації процесорів (рис. 2.1):

- повний граф - система, в якій між будь-якою парою процесорів існує пряма лінія зв’язку.

- лінійка (lineararray або farm) - система, в якій всі процесори перенумеровані по порядку і кожний процесор, окрім першого і останнього, має лінії зв’язку тільки з двома сусідніми (з попереднім та наступним) процесорами.

- кільце (ring) - ця топологія отримується з лінійки процесорів з’єднанням першого і останнього процесорів лінійки;

- зірка (star) - система, в якій всі процесори мають лінії зв’язку з певним керуючим процесором. Ця топологія ефективна, наприклад, при організації централізованих схем паралельних обчислень;

- решітка (mesh) - система, в якій граф ліній зв’язку утворює прямокутну сітку (двовимірну чи тривимірну). - гіперкуб (hypercube) - ця топологія є окремим випадком структури решітки, коли за кожною розмірністю сітки є тільки два процесори (тобто гіперкуб містить 2^N процесорів при розмірності N).

Характеристики топології мережі. Як основні характеристики топології мережі передачі даних використовуються такіпоказники:

- діаметр - показник, який визначається як максимальна відстань між двома процесорами мережі (такою відстанню є величина найкоротшого шляху міжпроцесорами). Ця величина може характеризувати максимально необхідний час для передачі даних між процесорами, оскільки час передачі пропорційний довжині шляху;

- зв’язність - показник, який характеризує наявність різних маршрутів передач іданих між процесорами мережі.

- ширина бінарногоподілу - показник, який визначається як мінімальна кількість дуг, які слід видалити для розділу мережі передачі даних на дві незв’язніобластіоднакового розміру;

- вартість - показник, який можна визначити, наприклад, як загальна кількість ліній передачі в багатопроцесорній обчислювальній системі.

34. Методи опису характеристик мережевих з’єднань.