| Назва: | Паралельні обчислювальні системи |
| Тип: | Реферати |
| Мова: | Українська |
| Розмiр: | 46,92 KB |
| Скачувань: | 63 |
Помітною ознакою багатьох паралельних архітектур є те, що доступ до локальної пам’яті процесора дешевший, ніж доступ до віддаленої пам’яті (пам’яті інших процесорів мережі). Отже, бажано, щоб доступ до локальних даних був більш частим, ніж доступ до віддалених даних. Така властивість програмного забезпечення називають локальністю (locality). Поряд з паралелізмом і маштабованістю, він є основною вимогою до паралельного програмного забезпечення. Важливість цієї властивості визначається відношенням вартості віддаленого і локального звертань до пам’яті. Це відношення може варіюватися від 10:1 до 1000:1 чи більше, що залежить від відносної ефективності процесора, пам’яті, мережі і механізмів, використовуваних для розміщення даних у мережі і їх добування.
2. Моделі паралельних комп’ютерів.
Із самого початку комп’ютерної ери існувала необхідність у все більш і більш продуктивних системах. В основному це досягалося в результаті еволюції технологій виробництва комп’ютерів. Поряд з цим мали місце спроби використовувати кілька процесорів в одній обчислювальній системі з розрахунку на те, що буде досягнуте відповідне збільшення продуктивності. Першою такою спробою, здійсненою на початку 70-х років, є ILLIAC IV. Зараз є маса паралельних комп’ютерів і проектів їх реалізації.
Архітектури паралельних комп’ютерів можуть значно відрізнятися один від одного. Розглянемо деякі істотні поняття і компоненти паралельних комп’ютерів. Паралельні комп’ютери складаються з трьох основних компонентів:
1. процесори;
2. модулі пам’яті;
3. комутаційна мережа.
Можна розглядати і більш детальнішу розбиття паралельних комп’ютерів на компоненти, однак, дані три компоненти найкраще відрізняють один паралельний комп’ютер від іншого.
Комутаційна мережа з’єднує процесори один з одним і іноді також з модулями пам’яті. Процесори, що використовуються в паралельних комп’ютерах, звичайно такі ж, як і процесори однопроцесорних систем, хоча сучасна технологія дозволяє розмістити на мікросхемі не тільки один процесор. На мікросхемі разом із процесором можуть бути розташовані ті їх складові, які дають найбільший ефект при паралельних обчисленнях. Наприклад, мікросхема трансп'ютера поряд з 32-розрядним мікропроцесором і 64-розрядним співпроцесором арифметики з плаваючою комою, містить всередині кристальний ОЗП ємністю 4 Кбайт, 32-розрядну шину пам’яті, що дозволяє адресувати до 4 Гбайт зовнішньої, стосовно кристала пам’яті, чотири послідовних двонаправлених ліній зв’язку, що забезпечують взаємодію трансп'ютера з зовнішнім світом і працюючих паралельно з ЦПП, інтерфейс зовнішніх подій.
Однією із властивостей, що розрізняють паралельні комп’ютери, є кількість можливих потоків команд. Розрізняють наступні архітектури:
1. SIMD (Single Instruction Multiple);
2. MIMD (Multiple Instruction Multiple);
2.1. SIMD.
SIMD (Single Instruction Multiple). SIMD комп’ютер має N ідентичних синхронно працюючих процесорів, N потоків даних і один потік команд. Кожен процесор володіє власною локальною пам’яттю. Мережа, що з’єднує процесори, звичайно має регулярну топологію.
Процесори інтерпретують адреси даних або як локальні адреси власної пам’яті, або як глобальні адреси, можливо, модифіковані додаванням локальної базової адреси. Процесори одержують команди від одного центрального контролера команд і працюють синхронно, тобто на кожному кроці всі процесори виконують ту саму команду над даними з власної локальної пам’яті.
Така архітектура з розподіленою пам'яттю часто згадується як архітектура з паралелізмом даних (data-parallel), тому що паралельність досягається при наявності одиночного потоку команд, що діє одночасно на декілька частин даних.
SIMD підхід може зменшити складність як апаратного, так і програмного забезпечення, але він підходить тільки для спеціалізованих проблем, що характеризуються високим ступенем регулярності, наприклад, обробка зображення і деякі числові моделювання.
2.2. MIMD.
• MIMD (Multiple Instruction Multiple). MIMD комп'ютер має N процесорів, N потоків команд і N потоків даних. Кожен процесор функціонує під управлінням власного потоку команд, тобто MIMD комп'ютер може паралельно виконувати зовсім різні програми.
MIMD архітектури далі класифікуються в залежності від фізичної організації пам'яті, способу доступу до модулів пам’яті, тобто чи має процесор свою власну локальну пам'ять і звертається до інших блоків пам'яті, використовуючи комутаційну мережа, чи комутаційна мережа об’єднує всі процесори з загальнодоступною пам'яттю. Виходячи з доступу до пам’яті, її організації, розрізняють наступні типи паралельних (MIMD) архітектур:
2. Моделі паралельних комп’ютерів.
Із самого початку комп’ютерної ери існувала необхідність у все більш і більш продуктивних системах. В основному це досягалося в результаті еволюції технологій виробництва комп’ютерів. Поряд з цим мали місце спроби використовувати кілька процесорів в одній обчислювальній системі з розрахунку на те, що буде досягнуте відповідне збільшення продуктивності. Першою такою спробою, здійсненою на початку 70-х років, є ILLIAC IV. Зараз є маса паралельних комп’ютерів і проектів їх реалізації.
Архітектури паралельних комп’ютерів можуть значно відрізнятися один від одного. Розглянемо деякі істотні поняття і компоненти паралельних комп’ютерів. Паралельні комп’ютери складаються з трьох основних компонентів:
1. процесори;
2. модулі пам’яті;
3. комутаційна мережа.
Можна розглядати і більш детальнішу розбиття паралельних комп’ютерів на компоненти, однак, дані три компоненти найкраще відрізняють один паралельний комп’ютер від іншого.
Комутаційна мережа з’єднує процесори один з одним і іноді також з модулями пам’яті. Процесори, що використовуються в паралельних комп’ютерах, звичайно такі ж, як і процесори однопроцесорних систем, хоча сучасна технологія дозволяє розмістити на мікросхемі не тільки один процесор. На мікросхемі разом із процесором можуть бути розташовані ті їх складові, які дають найбільший ефект при паралельних обчисленнях. Наприклад, мікросхема трансп'ютера поряд з 32-розрядним мікропроцесором і 64-розрядним співпроцесором арифметики з плаваючою комою, містить всередині кристальний ОЗП ємністю 4 Кбайт, 32-розрядну шину пам’яті, що дозволяє адресувати до 4 Гбайт зовнішньої, стосовно кристала пам’яті, чотири послідовних двонаправлених ліній зв’язку, що забезпечують взаємодію трансп'ютера з зовнішнім світом і працюючих паралельно з ЦПП, інтерфейс зовнішніх подій.
Однією із властивостей, що розрізняють паралельні комп’ютери, є кількість можливих потоків команд. Розрізняють наступні архітектури:
1. SIMD (Single Instruction Multiple);
2. MIMD (Multiple Instruction Multiple);
2.1. SIMD.
SIMD (Single Instruction Multiple). SIMD комп’ютер має N ідентичних синхронно працюючих процесорів, N потоків даних і один потік команд. Кожен процесор володіє власною локальною пам’яттю. Мережа, що з’єднує процесори, звичайно має регулярну топологію.
Процесори інтерпретують адреси даних або як локальні адреси власної пам’яті, або як глобальні адреси, можливо, модифіковані додаванням локальної базової адреси. Процесори одержують команди від одного центрального контролера команд і працюють синхронно, тобто на кожному кроці всі процесори виконують ту саму команду над даними з власної локальної пам’яті.
Така архітектура з розподіленою пам'яттю часто згадується як архітектура з паралелізмом даних (data-parallel), тому що паралельність досягається при наявності одиночного потоку команд, що діє одночасно на декілька частин даних.
SIMD підхід може зменшити складність як апаратного, так і програмного забезпечення, але він підходить тільки для спеціалізованих проблем, що характеризуються високим ступенем регулярності, наприклад, обробка зображення і деякі числові моделювання.
2.2. MIMD.
• MIMD (Multiple Instruction Multiple). MIMD комп'ютер має N процесорів, N потоків команд і N потоків даних. Кожен процесор функціонує під управлінням власного потоку команд, тобто MIMD комп'ютер може паралельно виконувати зовсім різні програми.
MIMD архітектури далі класифікуються в залежності від фізичної організації пам'яті, способу доступу до модулів пам’яті, тобто чи має процесор свою власну локальну пам'ять і звертається до інших блоків пам'яті, використовуючи комутаційну мережа, чи комутаційна мережа об’єднує всі процесори з загальнодоступною пам'яттю. Виходячи з доступу до пам’яті, її організації, розрізняють наступні типи паралельних (MIMD) архітектур: