Параллельные вычисления: процессоры, архитектуры и алгоритмы, Рефераты из Информационные системы

Скачай Параллельные вычисления: процессоры, архитектуры и алгоритмы и еще Рефераты в формате PDF Информационные системы только на Docsity! Мазмұны 1.1-2. Кіріспе 2.2-3. Есептеуіш машинаның есептеуінің негізгі үлгілері 3.3-5. Операцияларды қатарластыра орналастыру. Жасанды қатарластық 4.5-6. Табиғи және объектілер жиынтығының қатарластығы 5.6-7. Тәуелсіз тармақтар және шектес операциялар қатарластығы 6.7-8. Жүйелерді логикалық ұйымдастырудың түрлері 7.8-10. Қорытынды 1. Кіріспе Есептеу жүйесін біртұтас жүйе құрайтын және арифметика-логикалық операцияларды қатарластыра орындауды қамтамасыз ететін, физикалық және бағдарламалық түрде біріктірілген процессорлар немесе ЭЕМ (компьютерлер), шеткері құрылғылар және бағдарламалық қамтама жиынтығы деп қарауға болады. Оны ақпарат қабылдауға, сақтауға, өңдеуге және оның нәтижесін пайдаланушыға ыңғайлы түрде шығарып беруге арналған деректер өңдеудің автоматтандырылған жүйесі деп санауға болады. Бөлініп-таралған есептеу жүйесінің негізгі белгісі - деректер өңдеудің бірнеше орталығының болуы. Сондықтан бөлініп-таралған есептеу жүйелеріне есептеу желілерін, көрпроцессорлық және көпмашиналық есептеу жүйелерін жатқызуға болады. Есептеу кешені - ортақ бағдарламалық қолдау арқылы ақпаратты қатарластыра өңдеуді қамтамасыз ететін, өзара байланысқан ЭЕМ-дер жиынтығы. Көп машиналық есептеу жүйесі - құрамына бірнеше компьютерлер (ЭЕМ) және барлық ЭЕМ-нің біртұтастығын қамтамасыз ететін компьютерлер байланысының бағдарламалық және аппараттық құралдары кіретін есептеу кешені. Әрбір ЭВМ өзінің операциялық жүйесінің басқаруымен жұмыс істейді. Көп санашықты (көппроцессорлық) есептеу жүйесі (Multiprocessing system). ). Оның құрамына (ақпарат және басқару жағынан өзара байланысқан) бірнеше процессор кіреді. Көппроцессорлық жүйеде есептеу жүктемесін процессорлар арасында бөліп-таратып отыратын, барлық процессорларға ортақ операциялық жүйе болады. Жеке процессорлар арасындағы өзара әрекеттестік ең қарапайым тәсіл (ортақ жедел жады) арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, барлық шеткері құрылғылар да жүйенің процессорларына ортақ болып табылады. Жүйенің барлық бөлшектері, әдетте, бір немесе бір-біріне жақын орналасқан бірнеше ғимараттарда орналасады. Есептеу желілері - бөлініп-таралған есептеу жүйелерінің жекеше түрі. 1 2. Есептеуіш машинаның есептеуінің негізгі үлгілері Қазіргі уақыттағы жоғары өнімділікті есептеу жүйелерінің дамуы негізгі төрт бағытта жүріп жатыр. Векторлық-конвейерлік компьютерлер. Мұндай машиналардың екі ерекшелігі - конвейерлік функционалдық құрылғылар және векторлық командалардың жиыны. Дәстүрлі келістен айырмашылығы - векторлық командалар тәуелсіз деректердің бүтін массивтерімен операция жасайды, ал бұл болса, қол жетерлік конвейерлерді тиімді жүктемелеуге мүмкіндік береді, яғни А=В+ Скомандасы (екі санды емес) екі массивті қосуды білдіре алады. Бұл бағыттың жүзеге асырылу мысалдары ретінде CRAY векторлық- конвейерлік жүйелерін (мәселен CRAY EL, CRAY J90, CRAY T90, т.б) атап кетуге болады. Бөлінген-таралған жадылы жаппай қатарластықты жүйелер. Мұндай (Massivaly Parallel Processing, MPP-жүйесі деп аталатын) жүйелердің құрамына көптеп шығарылатын шағынпроцессорлар, кішігірім жады, бірнеше еңгізу-шығару құрылғысы кіреді және олар арнайыланған байласумен (қатынастық ортамен) өзара біріктірілелі. МРР-жүйесінің барлық жүйеге логикалық ортақ, бірақ физикалық бөлінген-таралған жадысы болады. Негізгі ерекшеліктері - шексіз масштабталулық қасиеті, яғни қажет болған жағдайда жүйенің өнімділігін арттыру оның процессорының санын көбейту арқылы жүзеге асырылады, т.с.с. МРР-жүйесінің мысалдары ретінде мына жүйелерді атап кетуге болады: ІВМ SP, RM 1000, SGI Origin 3000, HP Superdom). e, Parsytec, т.б. Бұл жүйелердің қатарына компьютерлер желісін де қосуға болады. Ортақ жадылы қатарлас жұмыс істейтін жүйелер. Мұндай жүйелер екі және одан көп процессордан тұрады, барлық процессорлар біртұтас ортақ жадыда сақталатын деректермен жұмыс істей алады. Жүйенің барлық бөліктерін біріктіру үшін жүйелік құрсым (bus) немесе коммутатор пайдалануға болады. Осындай ортақ жадылы жүйелердің негізгі жағымсыз жағы - ортақ жадыға қатынас құра алатын процессорлар санының (техникалық себептер салдарынан) шектеулі болуы. Осы бағыттағы есептеу жүйелеріне қазіргі замандағы симметриялықкөппроцессорлық жүйелер (Sym). m). etrical Multi- Processing, SMP-жүйелері) жатады. Мәселен, CS 6400, RM 600E, Ultra Enterprise 10000, AlphaServer ES40, AlphaServer GS, Escala, Sun Fire 15K, т.б. Соңғы бағыт, дәлірек айтсақ, өзінше дербес бағыт емес, алдыңғы үшеуінің қисындасуы болып табылады. Бірнеше (дәстүрлі немесе векторлық- конвейерлік) процессорлардан және оларға ортақ жадыдан есептеу түйіні құрылады да бірнеше түйін жоғары жылдамдықтары арналар арқылы біріктіріледі. Мұндай сәулет кластерлік деп аталады. Осылайша CRAY SV1, Exem). plar SPP-2000X, NEC SX-5, AlphaServer SC, т.б. сияқты жүйелер 2 4. Табиғи және обьектілер жиынтығының қатарластығы. Қатарластыра өңдеу. Егер белгілі бір құрылғы бір операцияны 1 уақыт бірлігінде орындайтын болса, онда ол 1000 операцияны 1000 уақыт бірлігі (Т) ішінде орындап болады. Егер жұмысты бір уақытта бір-бірінен тәуелсіз орындайтын 5 құрылғы бар деп есептесек, онда осы 5 құрылғыдан құралған жүйе сол мың операцияны енді 200 уақыт бірлігінде орындай алады. Осылайша, р құрылғыдан тұратын жүйе сол жұмысты 1000р уақыт бірлігінде орындайды. Әрине, бұл келтірілген мысалдардағы сияқты өңдеу уақытының тура Тр болатыны практика жүзінде әрдайым сақталмайды. Объектілер жиынтығының қатарластығы. Табиғи қатарластықтың бір түрі. Есеп әр түрлі, бірақ біртектес объектілер жайлы ақпаратты бір бағдарлама арқылы өңдеуге келтіріледі. Мысалы: ұшып бара жатқан аппараттар (ұшақ па, зымыран ба бәрібір) жайындағы деректер бірдей бағдарламамен өңделеді. Тәуелсіз тармақтар қатарластығы. Күрделі есеп шешуге арналған бағдарламаның ішінен, кейбір кезеңдерге тәуелсіз тармақтар бөлініп шығады. Тиісті есептеу құралдары болған жағдайда, оларды қатарластыра орындауға болады. Тәуелсіз тармақтар болуы үшін 4 шарт орындалуы керек: - олардың арасында функционалдық тәуелсіздік болуы керек. Х тармағының шықпа параметрі Ү тармағының кірме параметрі болмауы керек; - олардың арасында жады жағынан тәуелдік болмауы керек. Олар деректер жазу үшін, екеуі де жадының бір ұяшығын пайдаланбауы керек; - Олар бағдарлама жағынан бір-біріне тәуелсіз болуы керек. Екі тармақ жеке- жеке бағдарлама немесе микробағдарлама ретінде болуы мүмкін; - олар басқару жағынан бір-бірінен тәуелсіз болуы керек. Ү тармағының орындалу шарты, Х тармағы орындалған кезде пайда болатын белгілерге тәуелді болмауы керек. Тәуелсіз тармақтар қатарластығы ақпарат өңдеудегі қатарластықтың ең көп таралған түрлерінің бірі болып саналады. Бұл қатарластықтың объектілер жиынтығының қатарластығының өзгешелігі 3-ші шартта. Шынында да біртектес объектілер жиынтығын тәуелсіз тармақтар деп санауға болмайды. Өйткені біртектес объектілерді өңдеу бәріне ортақ бір бағдарлама бойынша жүргізіледі. Жасанды қатарластық. Берілген есеп бастапқы қойылымында жоғарыда айтылған қатарластықтың біреуіне де жатпайтын болуы мүмкін. Бұл жағдайда жасанды қатарластық алу мақсатымен оны түрлендіру қажеттігі туады. Қатарластыра есептеуді ұйымдастырудың (яғни қатарластықтың) төрт деңгейін ажыратады (20): а) тапсырмалар қатарластығы - әрбір процессор (басқалардан тәуелсіз) жеке шығарылмалық есеппен жүктемелінеді. Мұндай қатарластыққа жәй 5 пайдаланушыларға қарағанда жүйелік әкімшілер мүдделі; б) бағдарлама деңгейіндегі қатарластық - есептеу бағдарламасы әр түрлі процессорларда бір уақытта орындалуы мүмкін бөліктерге бөлінеді; в) командалар қатарластығы - әдетте төменгі деңгейде жүзеге асырылады (бұл, мәселен, конвейерлер, т.б.); г) машиналық сөздер және арифметикалық операциялар деңгейіндегі қатарластық - кейбір жағдауларда, мәселен, екі операндты қосу олардың екілік разрядтарын бір уақытта қосындалу арқылы орындалады. Қазіргі кезде кез келген компьютердің сәулетінде қатарластық кездеседі. Pentium). III, PA-8700, MIPS R1 4000, E2K, Power 3, т.б. шағын процессорының қайсысында болса да қатарластыра өңдеудің әйтеуір бір түрі пайдаланылады. Қатарластық идеясы ертеректе пайда болған. Басында олар тек кейбір компьютерлерде ғана ендірілген болатын. Содан кейін технологияны меңгеруе және өндіру бағасының арзандауына байланысты олар орта сыныптық компьютерлерде қолданыла бастады, ақыры, бүгінгі күнде олар толық көлемде жұмыс стансалары мен дербес компьютерлерде жүзеге асырылып жатыр. 5.Тәуелсіз тармақтар және шектес операциялар қатарластығы Қатарластыра өңдеу. Егер белгілі бір құрылғы бір операцияны 1 уақыт бірлігінде орындайтын болса, онда ол 1000 операцияны 1000 уақыт бірлігі (Т) ішінде орындап болады. Егер жұмысты бір уақытта бір-бірінен тәуелсіз орындайтын 5 құрылғы бар деп есептесек, онда осы 5 құрылғыдан құралған жүйе сол мың операцияны енді 200 уақыт бірлігінде орындай алады. Осылайша, р құрылғыдан тұратын жүйе сол жұмысты 1000р уақыт бірлігінде орындайды. Әрине, бұл келтірілген мысалдардағы сияқты өңдеу уақытының тура Тр болатыны практика жүзінде әрдайым сақталмайды. Объектілер жиынтығының қатарластығы. Табиғи қатарластықтың бір түрі. Есеп әр түрлі, бірақ біртектес объектілер жайлы ақпаратты бір бағдарлама арқылы өңдеуге келтіріледі. Мысалы: ұшып бара жатқан аппараттар (ұшақ па, зымыран ба бәрібір) жайындағы деректер бірдей бағдарламамен өңделеді. Тәуелсіз тармақтар қатарластығы. Күрделі есеп шешуге арналған бағдарламаның ішінен, кейбір кезеңдерге тәуелсіз тармақтар бөлініп шығады. Тиісті есептеу құралдары болған жағдайда, оларды қатарластыра орындауға болады. Тәуелсіз тармақтар болуы үшін 4 шарт орындалуы керек: - олардың арасында функционалдық тәуелсіздік болуы керек. Х тармағының шықпа параметрі Ү тармағының кірме параметрі болмауы керек; - олардың арасында жады жағынан тәуелдік болмауы керек. Олар деректер жазу үшін, екеуі де жадының бір ұяшығын пайдаланбауы керек; 6 - Олар бағдарлама жағынан бір-біріне тәуелсіз болуы керек. Екі тармақ жеке- жеке бағдарлама немесе микробағдарлама ретінде болуы мүмкін; - олар басқару жағынан бір-бірінен тәуелсіз болуы керек. Ү тармағының орындалу шарты, Х тармағы орындалған кезде пайда болатын белгілерге тәуелді болмауы керек. Тәуелсіз тармақтар қатарластығы ақпарат өңдеудегі қатарластықтың ең көп таралған түрлерінің бірі болып саналады. Бұл қатарластықтың объектілер жиынтығының қатарластығының өзгешелігі 3-ші шартта. Шынында да біртектес объектілер жиынтығын тәуелсіз тармақтар деп санауға болмайды. Өйткені біртектес объектілерді өңдеу бәріне ортақ бір бағдарлама бойынша жүргізіледі. Шектес операциялар қатарластығы. Қатарластықтың бұл түрі практикада жиі кездесетін мына жағдайға негізделген: і операциясын орындау мүмкіндігі оның алдындағы (і-1) операциясын орындау кезінде емес, одан ертерек, яғни (і-2) немесе (і-3), т.б. операциясын орындау уақытымен қатар келуі мүмкін. Мұндай жағдайда тиісті құрылымы бар есептеу жүйесінде і операциясын (і- 1) операциясымен қатар орындауға болады. 6. Жүйелерді логикалық ұйымдастырудың түрлері 1.Атқаратын міндетіне қарай әмбебап және арнайыланған болып екіге бөлінеді.Әмбебап есептеу жүйелері тізімі шектелмеген,әр түрлі есептер шешуге,ал арнайыланған есептеу жүйелері- белгілі бір топқа жататын есептерді шешеуге арналған.Жүйелер атқаратын міндеттері және қолданылатын элементтік базасы бойынша мынадай сыныптарға жіктеледі: - сериялық әмбебап шағынпроцессорлардан құрылатын бекітілген құрылымды әмбебап жүйелер; - орындалатын есептеулерді аппараттық түрде жүзеге асыруға бейімделген бағдарламаланатын құрылымды әмбебап жүйелер; - белгілі бір есептеулерді орындауға бағдарланған шағынпроцессорлардан құрылатын бекітілген құрылымды арнайыланған жүйелер; - орындалатын есептеулерді аппараттық-бағдарламалық түрде жүзеге асыруға бейімделген бағдарламаланатын құрылымды арнайыланған жүйелер. Бекітілген құрылымды әмбебап жүйелер.Бұл сыныптың жүйелері дербес компьютерлер мен жұмыс стансалары жасалынатын шағын процессорлар негізінде құрылады. Бағдарламаланатын құрылымды әмбебап жүйелер Мұндай есептеу жүйелері бағдарланатын логикалық интегралдық сұлбалардан(БЛИС)құралады. Бекітілген құрылымды арнайыланған жүйелер Кейбір өзекті мәселерді шешудің мағыздылығы арнайыланған есептеу 7