Параллель жұмыс жасайтын компьютерлер архитектурасы

 

Үлестірілген жадылы мультикомпьютерлердің жалпы типі

 

Параллельді компьютерлер. Параллель компьютерлер түрлері.

 

1. Процессорлар мен жады арасындағы байланыс қандай да бір өзарабайланыс желісінің формасы арқылы жүзеге асырылады. Ортақ жадылы конфигурациясы бар параллель компьютердің жалпы түрі төменде көрсетілген.

Жады келесі ерекшеліктермен шектеледі:

1. Өлшемімен – қолданушыларға көп жағдайда жады жетіспейді,

сондықтан виртуал жады ұғымы ойлап табылды.

2. Жадының өткізу қабілеттілігі (latency) және иерархиясымен.
3. Жадының өткізу қабілеттілігі (bandwidth) – жадыға жазылатын немесе жадыдан оқылатын мәліметтер көлемі.
4. Жадыны қорғау – көптеген архитектуралар программалық қамсыздандыруды модификациядан не жүйелік жадыдан немесе басқа программаларды қолданғандағы жадыдан қорғауды қосады.

Барлық жедел жадыдағы әрбір ұяшықтың қайталанбайтын адресі болады және берілген адресті әрбір процессор берілген ұяшықтарға хабарлау үшін қолданылады. Жады ұяшығында виртуал адрес және физикалық адрес болады. Виртуал адрестеу процессормен генерацияланған.

Физикалық адрес жадыдағы нақты орынға ену үшін қолданылады. Виртуал және физикалық адрес арасында TLB (Translation Lookaside Buffer) адрестерді түрлендіру көмегімен автоматты түрде ауысу жүргізіледі.

2. Берілген компьютерлік жүйе жалғастырушы желі арқылы өзара байланысқан компьютерлер жиынын береді. Әрбір компьютер басқа компьютерлерден тыс процессор мен локальді жадыдан тұрады. Жады компьютерлер арасында үлестірілген.

Процессорлер үшін өзара байланыс бір-біріне хабарламаларды беру және қабылдау көмегімен қамтамасыз етіледі. Хабарламаларда басқа  процессорлер есептеу үшін қажет мәліметтер болуы мүмкін. Сондықтан, берілген жүйеде кэш пен жадыны сәйкестендіру мәселесі туындалмайды. Процессорлар арасындағы хабарлама беру программамен тағайындалады. Берілген жүйенің негізгі идеясы – шешіліп жатқан есептің бөлшектері бір уақытта орындалатындай етіп бөлшектерге бөлу, сол кезде қойылған есепті тұтасымен шешуге болады.

Жұмыс станцияларының жиынынан тұратын желілік жүйе – жалпы жұмыс станциясының желісі (NOW – network of workstations) немесе жұмыс станциясының кластері (COW – cluster of workstation) д.а. Барлық жұмыс станциялары бір-бірімен байланысқан бір немесе бірнеше қосымшаларды орындайды. Үлестірілімді жадылы қымбат емес мультипроцессорды құрудың ең кең таралған әдісі – ол Beowulf машинасын құрастыру. Ол базалық аппараттық қамсыздандырудан және Pentium процессорының чипы, желілік карта, дисктер және Linux операциялық желісі сияқты ақысыз программалардан тұрады.

 

3. Флинн таксономиясы.

1. SIMD SISD MIMD MISD құрылымдары.

SIMD құрылымы.

 

 

МІМD номері көптеген өзара байланысты процестерден тұрады, олардың әр қайсысының жеке басқару блогы бар.

Процесстердің өздерінің жеке командалары мен жеке мәліметтерін етеді. Әр түрлі процестердің орындаған жұмысы (есебі) әртүрлі уақытта басталады, әртүрлі уақытта бітуі мүмкін. Яғни, олар «аяқтарын бірге баспайды» асихронды орындайды.

МІМD құрылымды компьютерде жолды не үлестірілген, не барлығына жететін (обще доступный) болуы мүмкін.

Мысалы:

Cray – 2, SI;

Cray  X -  MP;

IBM 370/168 MP, IPSC

 

 

Мұнда да процесстің жиыны жұмыс жолы, бірақ барлығы 1 – ғана мәліметтер ағынына әсер етеді.

Мұндай құрылымды 1 космпьютер белгілі. Ол, C. mmp, Carnegie – Mellon университетінде жасалған.

Бұл компьютер басқа режимде де (SIMP, MISD, MIMD)жұмыс жасай алады. Параметрлерді программалауды тиімділігін бағалау.

Ол мына функцияларға байланысты:

• Орындалу уақытына
• Жады конфигурациясына және орындалуға кететін шығынға
• Қызмет көрсету және ақысына, тағы басқалары;

Мысалы: ауа райын болжау жүйесін құруда.

ЭЕМ өнімділігін қалай арттыруға болады?

1949 жылы шыққан компьютерлердің  тактілік уақыты 2 микросекунд (2*10-6 сек), яғни орташа 100 арифметикалық операцияны 1 секундта орындайды.

Қазіргі заманғы компьютерлердің тактілік уақыты 1,8 наносекунд (1,8*10-9 сек), яғни 1 секундта 77 млрд.арифметикалық операция орындалады. Жарты ғасырда компьютер өнімділігі 700 млн. есе өскен, яғни 2 микросекундтан 1,8 наносекундқа дейін өскен. Бұл компьютер архитектурасы жаңаша құрылған деген сөз. Мәліметтерді параллель өңдеуді бір уақытта бірнеше әрекет жасалатындығымен түсіндіруге болады. Бұны былайша түсіндіруге болады. 1 құрылғы 1 операцияны 1 бірлік уақытта орындайды, осы құрылғы 100 операцияны 100 бірлік уақытта орындайды. Егер осындай 5 құрылғы бір мезгілде жұмыс жасаса, онда кететін уақыт 200 бірлікке тең болар еді, яғни N құрылғы 1/N уақыт бірлігінде жұмысты орындап шығады. Тағы бір мысал, 1 солдат жерді 10 сағатта қазса, рота (50 солдат) бірдей күшпен, бірдей уақытта 12  минутта  қазып шығады екен. Міне, параллельділік принципі осыдан шыққан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

1. Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2002
2. Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.: Издательский дом «Вильямс», 2003
3. Акжалова А.Ж. Параллельные вычисления (учебное пособие). – Алматы, 2004
4. Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем – СПб., 2002

5.Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2002

      6.Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 512с.

     7.  Акжалова А.Ж. Параллельные вычисления (учебное пособие). – Алматы, 2004

      8.Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем – СПб., 2002