Эффективная подготовка к государственным междисциплинарным экзаменам для студентов технических специальностей (стр. 65 )

Каждая КЭШ-память является частично – ассоциативной, она разбита на 8 банок, поэтому конвейеры могут обращаться к памяти одновременно.

Pentium 2 – 6 ступеней. Между 1-й и 2-й это выборка F

Pentium 3 – 12-17 - целочисленных, 25 – с плавающей точкой

Athlon – 10(15)

7. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МПВК). Типы структур. Проблемы организации. Способы распределения ресурсов в МПВК. Сравните типы структур МПВК по следующим критериям: а) быстродействию; в) аппаратным затратам на систему коммутации; г) надежности.

В ВС типа МКМД (множественный поток команд, множественный поток данных) множество вычислительных устройств реализует независимые потоки команд по обработке собственных локальных данных. В них используется параллелизм независимых ветвей и задач. Принцип параллельной обработки – пространственный.

Классические многопроцессорные комплексы выполняют крупноблочные операции, что позволяет уменьшить расходы на взаимодействие процессоров.

Многопроцессорный вычислительный комплекс – это комплекс, который состоит из нескольких процессоров, работающих с общей ОЗУ и общими периферийными устройствами под управлением единой ОС, которая организует весь процесс обработки. Единым ресурсом могут быть машины – посредники, ОЗУ, ВЗУ, общие шины, коммутаторы. Каноническая структура – объединение через общую память машины. Существует проблема повышения производительности:

1.  Организация связи между элементами комплекса, т. к. практически каждый его элемент должен быть связан с остальными. При большом числе процессоров модули ОЗУ и каналов ввода-вывода – это достаточно сложно;

2.  Организация вычислительного процесса в комплексе.

Задачи управления, которые решаются в комплексе:

1.  Все задачи, которые встают при реализации мультипрограммного режима;

2.  Распределение ресурсов и заданий между процессорами;

3.  Синхронизация процессов при реализации несколькими процессорами одной задачи;

4.  Разрешение конфликтных ситуаций при обращении нескольких процессоров к единому ресурсу;

5.  Обеспечение работоспособности комплекса при выходе из строя какого-либо блока;

6.  Планирование с учётом оптимизации загрузки всех процессоров.

Существует 3 типа структур многопроцессорного вычислительного комплекса:

1.  С общим или раздельным во времени;

2.  С перекрёстной коммутацией;

3.  С многовходовой ОП.

Все устройства соединяются общей совокупностью проводов, по которым передаются данные, адреса, команды и управляющие сигналы;

Достоинства:

·  простота построения и использования;

Недостатки:

·  при такой структуре одновременно обмениваться информацией могут 2 устройства, а остальные вынуждены ожидать освобождения шины;

·  неизбежно возникновение конфликтов из-за совместного использования внешней шины;

·  низкая эффективность использования оборудования, которое в данном случае больше простаивает, чем работает;

·  при высокой интенсивности обмена между процессорами падает эффективная производительность комплекса. Псть комплекса. Прхитектурой делают 2-3 процессора;

·  надёжность всего комплекса зависит от надёжности общей шины. Эту проблему решают резервированием шины.

Структура с полным коммутатором предусматривает наличие специального централизованного коммутатора, который связывает между собой все компоненты комплекса. Коммутатор строится таким образом, что одновременно может передаваться информация между несколькими парами устройств. За счёт этого резко снижается количество конфликтов при взаимных обменах между устройствами. Увеличивается пропускная способность и эффективное быстродействие.

Недостаток: сложность и высокая стоимость коммутатора. Для упрощения коммутатора и снижения его стоимости его делают состоящим из 2-х отдельных коммутаторов. Один является высокоскоростным и служит для обмена данными между процессами, второй – низкоскоростной – для периферийного оборудования.

Использование многовходовой памяти в некоторой степени снижает недостатки комплексной с перекрёстной коммутацией. Коммутация осуществляется в модулях ОЗУ, каждый из которых имеет число портов, равное числу остальных компонентов комплекса. Коммутатор распределён по всем модулям памяти. По такому принципу строится многопроцессорная неоднородная система баз данных, суперЭВМ «Эльбрус».

Способы организации вычислительного процесса в МПВК.

Эффективность работы многопроцессорного комплекса в очень сильной степени зависит от способа распределения и использования аппаратных, программных и информационных ресурсов (т. е. от того, как будет организован вычислительный процесс). Наиболее простая организация вычислительного процесса в комплексах cтроится по принципу “ведущий-ведомый”. На один из процессоров возлагаются функции по управлению всеми остальными. Ведущий процессор распределяет задание и необходимые для их выполнения ресурсы. Такой подход исключает конфликты из-за ресурсов и уменьшает частоту внештатных ситуаций. При этом сам процессор является узким местом вычислительного комплекса.

Организация с раздельным выполнение заданий: все процессоры находятся в равных условиях. Они выполняют все функции, связанные с обработкой информации. Это достигается за счёт статического освобождения ресурсов одновременно с распределением заданий. В процессе выполнения заданий процессы перераспределяться не могут, что приводит к неравномерной загрузке процессора, каналов и памяти.

Симметричная обработка: при симметричной обработке устанавливается перечень задач и каждый процессор при освобождении 2-х предыдущих задач выбирает себе новую из общего перечня. При этом он выбирает необходимые ресурсы. Потенциально такая организация может обеспечить максимальную загрузку процессора. Недостатки: могут возникать конфликтные ситуации между процессорами (из-за общих ресурсами) и усложняется проблема синхронизации процессов.

Многомашинные вычислительные комплексы (скорее всего это не надо)

По характеру связи между ЭВМ различают комплексы:

косвенные (слабосвязанные):

Связь осуществляется через многовходовые ВЗУ по принципу почтового ящика. Взаимодействие происходит на информационном уровне с целью повышения надёжности комплекса.

Существует 3 способа организации в слабосвязанных многомашинных комплексах:

·  резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии;

·  Резервная ЭВМ находится в состоянии полной готовности. При этом она либо не решает никаких задач, либо находится в режиме самоконтроля. С определённой периодичностью она читает информацию сообщения в почтовом ящике и при необходимости может заменить главную ЭВМ;

·  Основная и резервная ЭВМ работают одновременно. Они дополняются устройством, которое сравнивает результаты их работ.

Прямосвязанные

Виды связи:

1.  Общее ОЗУ;

2.  Прямое управление на командном уровне (связь ЦП-ЦП);

3.  Связь через адаптер (канал – канал); связь через ОЗУ информационного характера.

Связь через адаптер используется для синхронизации работы ЭВМ, буферизации информации и передачи данных. Адаптер подключается к селекторному каналу.

8. Машины, управляемые потоком данных. Недостатки принципа управления потоком данных. Граф потока данных. Типы вершин графа потока данных. Можно ли использовать принцип управления потоком данных в конвейерных вычислительных системах? Ответ обоснуйте.

В вычислительных системах, управляемых потоками данных, или машинах пото­ков данных (МПД) отсутствует понятие программы как последовательности команд, а следовательно, отсутствует понятие состояния процесса. Каждая инструкция передается на исполнение при создании условия для ее реализации; при наличии достаточных аппаратных средств одновременно может обрабатываться произвольное число готовых к исполнению инструкций. В инструкциях МПД параллелизм не задается явно, а аппаратные средства обработки должны его выявлять на этапе исполнения. Кроме того, в МПД используется метод передачи операндов между инструкциями по значению (а не по ссылке), что приводит к тому, что память не рассматривается как пассивное хранилище перемен­ных.

Архитектура МПД отличается мелкоблочным характером и рассчитана на параллельное выполнение задач, плохо поддающихся векторизации, т. е. в алгоритмах которых отсутствует параллелизм объектов. Большинство архитектур МПД обладают свойством наращиваемости, позволяя увеличивать вычислительную мощность за счет добавления новых процессорных элементов. Однако реализация принципа управления потоком данных вызывает ряд трудностей, часть из которых носит принципиальный характер. К их числу необходимо отнести громоздкость программы, трудность обработки итерационных циклов, трудность работы со структурами данных.

Программа МПД. Хотя в различных МПД используются различные машинные языки, все они основаны на одних и тех же принципах. Наиболее распространенной формой представления программы для МПД, которая носит название программы потока данных, является форма графа потока данных (ГПД). Граф потока данных является еще одной моделью вычислений; в его основе лежит информационный граф, а архитектура МПД является непосредственным отображением ГПД на аппара­туру. Используемая терминология заимствована из теории графов и сетей Петри.

Инструкциям на ГПД соответствуют вершины, а дуги, обозна­чаемые стрелками, указывают на отношения предшествования. Точка вершины, в которую входит дуга, называется входным портом (или входом), а точка, из которой она выходит,—выходным. По дугам передаются метки, называемые токенами данных.

Срабаты­вание вершины означает выполнение инструкции; оно происходит в произвольный момент времени при выполнении условий, соот­ветствующих правилу запуска, или спусковой функции. Обычно используется строгое правило запуска, согласно которому срабаты­вание вершины происходит при наличии хотя бы одного токена на каждом из ее входных портов. Срабатывание вершины сопровожда­ется удалением одного токена из каждого входного порта и разме­щением не более одного токена результата операции в выходные порты. В зависимости от конкретной архитектуры МПД порты могут хранить один или несколько токенов, причем они могут использо­ваться по правилу FIFO или в произвольном порядке.