1: Yuqori unumli kompyuter tizimlarining qo’llanilish soxalari

1.1-jadval

Buyruq	Takt
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
i	IF	ID	OR	EX	WB
i+1		IF	ID	OR	EX	WB
i+2			IF	ID	OR	EX	WB
i+3				IF	ID	OR	EX	WB
i+4					IF	ID	OR	EX	WB

Har bir qayta ishlash bosqichi uchun quyidagicha vaqtlar sarflansin(shartli birliklarda):

T_IF = 20, T_ID = 15, T_OR = 20, T_EX = 25, T_WB = 20.
Qo’shimcha vaqt sarflari dt = 5 birlikni tashkil etadi deb hisoblab takt vaqtini hosil qilamiz:
T = max {T_IF, T_ID, T_OR, T_EX, T_WB} + Δt = 30.
Bitta buyruq va qandaydir buyruqlar guruhini ketma-ket va konveyer usulda bajarilish vaqtini baholaymiz.
Ketma-ket qayta ishlashda N ta buyruqning bajarilish vaqti:
T_ketma-k = N*(T_IF + T_ID + T_OR + T_EX + T_WB) = 100N.
1.1-jadvalning tahlili shuni ko’rsatadiki konveyer qayta ishlashda birinchi buyruq bajarilishining natijasi olinganda navbatdagi buyruqning natijasi keyingi taktda hosil bo’ladi. Bundan kelib chiqadiki,
T_konv = 5T + (N-1) * T.

22. 
    Strukturali konfliktlar va ularni bartaraf etish yo’llari
    
23. 
    Boshqarish bo’yicha konfliktlar va ularni bartaraf etish yo’llari
    
24. 
    Ma’lumotlar bo’yicha konfliktlar va ularni bartaraf etish yo’llari
    

Konfliktlarning mavjud bo’lishi ideal holatdagiga nisbatan konveyerning real samaradorligini ancha pasaytiradi.
Konflikt – bu konveyer qayta ishlashdagi shunday holatlarki, navbatdagi buyruqni unga mo’ljallangan taktda bajarilishiga to’sqinlik qiladi. Konfliktlar uch guruhga bo’linadi:

• 
  strukturali,
  
• 
  boshqarish bo’yicha,
  
• 
  ma’lumotlar bo’yicha.
  

Strukturali konfliktlar prosessorning apparat vositalari bir vaqtda bajarish rejimida buyruqlarning barcha mumkin bo’lgan kombinasiyalarini ta’minlay olmasligi natijasida yuzaga keladi.
Strukturali konfliktlarning sabablari.

1. 
   Prosessorning to’liq konveyer strukturaga ega emasligi. Bunda alohida buyruqlarning qandaydir bosiqichi bir taktdan ko’proq vaqtda bajariladi.
   

Faraz qilaylik i+1 buyruqning qandaydir bosqichini bajarish uchun 3 takt sarflansin. U holda konveyerning ishlash diagrammasi quyidagicha bo’ladi

1.3 – jadval
Buyruq	Takt
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
i	IF	ID	OR	EX	WB
i+1		IF	ID	OR	EX	EX	EX	WB
i+2			IF	ID	OR	O	O	EX	WB
i+3				IF	ID	OR	O	O	EX
i+4					IF	ID	OR	O	O

Bu holda konveyerning ishlashida bo’shliqlar hosil bo’ladi.
Bu vaziyatni ikki xil usulda bartaraf etish mumkin. Birinchi usulda takt vaqtini shunday oshirish kerakki ixtiyoriy buyruqning barcha bosqichlari bir taktda bajarilsin. Ammo bu holda konveyer qayta ishlashning samaradorligi sezilarli darajada pasayadi.
Ikkinchi usulda shunday apparat yechimlarni topish kerakki (masalan, ko’paytirishning matrisali sxemalari) mazkur bosqichning bajarilish vaqti yetarli darajada kamaysin. Lekin bu prosessor sxemasini murakkablashtiradi va boshqa funksional uzellarni prosessor mikrosxemasiga joylashtirishga imkon bermaydi.
2. Ba’zi resurslarning dublikatini yetarlicha hosil qilmaslik.Bu turdagi sabablarga xotira qurilmalariga murojaat qilganda yuzaga keladigan konfliktlarni misol qilish mumkin. 1.1-jadvaldan ko’rinib turibdiki operandlar va buyruqlar bitta xotira qurilmasida joylashganda 3 taktdan boshlab konveyerning ishini doimiy ravishda to’xtatib turishga to’g’ri keladi, chunki turli xil buyruqlar bir taktda buyruqlarni o’qish, operandlarni tanlash va natijalarni yozish uchun xotiraga morojaat qiladi.
Bunday turdagi konfliktlarni bartaraf etish bir vaqtning o’zida bir xil turdagi yoki bir biriga o’xshash bo’lgan funksiyalarni bajara oladigan bir xil turdagi funksional qurilmalarning sonini ko’paytirish orqali amalga oshirilishi mumkin. Masalan, zamonaviy prosessorlarda kesh xotira ikki qismga ajratilgan bo’lib birida ma’lumotlar saqlansa boshqasida buyruqlar saqlanadi. Bundan tashqari registrli xotiraga ko’p portli murojat qilish sxemasidan foydalaniladi. Bu esa registrlarga bir vaqtning o’zida bitta kanal orqali ma’lumotlarni o’qish, boshqasi orqali esa yozish imkonini beradi.
Bajaruvchi qurilmalar tufayli yuzaga keladigan konfliktlar mikroprosessor tarkibiga qo’shimcha bloklarni kiritish orqali bartaraf etiladi. Masalan Pentium-4 mikroprosesorlarida butun sonlarni qayta ishlaydigan 4 ta Arifmetik mantiqiy qurilma mavjud. Birdan ortiq konveyerga ega bo’lgan prosessorlar superskalyar prosessorlar deyiladi.
Ma’lumotlar bo’yicha konfliktlarning bir qancha turlari mavjud.
1. RAW (Read After Write) turidagi konfliktlar: j buyruq i buyruq o’zining natijasini yozmasidan avval operandni o’qishga harakat qiladi. Bu xolda j buyruq operandning oldingi notug’ri qiymatini olishi mumkin.
2. WAR (Write After Read)turidagi konfliktlar: j buyruq i buyruq ma’lumotlarni o’qmasidan oldin natijani yozishga harakat qiladi. Bu holda i buyuq operandning notuo’g’ri yangi qiymatini oligi mumkin.
3. WAW (Write After Write) turidagi konfliktlar: j buyruq o’zining natijasini i buyruq o’zining natijasini yozmasidan oldin yozishga intiladi.

22. 
    Bir jinsli matrisali tizimlar
    

Bu matrisa sistemada matrisa elektronlari to’liq prsessorlarni shaxsiy elektron eslash qobiliyatida masaladar matrisa prosessorlari bilan ko’rsatilgan aloqa grafasi buyicha o’zaro taksimlanib boshqariladi.Bu turdagi sistemaning samaradorligi masalalarni bir turli etapda bir vaktda talab qilingan resurslarda bajariladi va bir turdagi matrisa sistemalarini aytilishini tushuntiradi.
Shuning bilan birga bir turli aparat shu turdagi matrisa prosessorli o’zaro kelishi munosabatida masalalar yechishi amalga oshiriladi. Bir vaktning uzida paralell tarmoqlar hisoblash prosessori grafasida matrisa sistemadagi har bir masala bir vaqtni o’zida bajariladi.Bu shartning bajarilishi bir turli sistemani effektiv qo’lanilishga sharoit yaratadi va keyingi etapda vaqtni tejamkorligiga erishiladi.Bundan ko’rinib turibtiki, bu g’oya bir turli matrisani ko’pligini eng kam mikdordagi prosessor elementlari maksimal mikdordagi parallel etapdagi hisoblash prosessorlari grafasiga teng bo’ladi.
Lekin bir turli sistemada prosessor elementlar soni 1-graf ustunidan bulishini talab etadi.Ta’kidlash kerakki, masala moxiyati uning bir turli etaplarga bo’lib ishlanish, programistlar zimasiga yuklanadi.Turli masalalar turli hisoblash prosessorlar grafasiga ega bulishi munosabati bilan real struktura prosessorlar elementlari ham o’zgarib boradi shuning uchun bu sistemalar matrisa sistemalari o’z joyini tuzilishini o’zgartiruvchi matrisa deb nomlanadi.
Ushbu chizmada sistemaning ishlash jarayoni ko’rsatilgan.

Rasm.7.1. Bir turdagi matrisali sistemani o’zgaruvchan strukturasi.

Bir turdagi sistema g’oyasini 60-yillarda E.V.Yevrinov va Yu.G.Kosirovlar tomonidan taklif qilingan va uch xil prinsinda tuzilishi ko’rsatilgan:

1) Algoritimdagi parallel masalalar (Parallelik ginotezasi-qiyin masalalar uchun efektiv parallel algoritmini hisoblash qo’llash mumkin.)
2) Mantik strukturasi o’zgarib turishi.
3) Elementlarning konstruktiv bir turliligi va o’zaro ularning alokasi.

22. 
    Klassik matrisali tizimlar
    

Odatda matrisa sistemalari va matrisa prosessorlari deb ko’p prosessorli sistemalari tushiniladi va bu prosessor u yoki bu tarmoqdagi matrisalar ulangan to’plashiga aytiladi.Matrisani boshqaruv prosessorning qurish maqsadi jarayonlik sistemasi bilan birgalikda bu matrisani efektiv tarzda va oralikdagi natijalarni tez uzatadi.
Paralell sifatida masalaning yechilish etaplari, mashinalar buyruklari yoki bit jarayonlari, mashina buyruklarini amalga oshirishi mumkin.Xar xil turdagi matrisa sistemalari tug’ridan tug’ri aloka tarmoklari matrisa prosessorlari taklif kilingan va amalga oshirilgan.Hozir turli paralell obyektlari batafsil teng darajada ko’rib chiqamiz.

22. 
    Assosiativ prosessorlar
    
23. 
    Assosiativ xotira qurilmasi
    

Protsessor arxitekturasi turlari
Protsessor inglizchada „Process“ soʻzidan kelib chiqqan boʻlib, „jarayon“ — jarayonni amalga oshiruvchi, boshqaruvchi maʼnolarini bildiradi. Kompyuter Protsessori asosan kompyuterda boʻladigan jarayonlarni amalga oshirish va boshqarish vazifalarini bajaradi. Asosiy oʻlchov birligi chastota hisoblanadi. Protsessor chastotasi uning maʼlum vaqt ichida nechta amalni bajara olishini ifodalaydi. Asosiy qismlari: arifmetik mantiqiy qurilma va boshqarish qurilmasi. Arifmetik mantiqiy qurilmada axborot arifmetika va mantiq jihatidan qayta ishlanadi. Boshqarish qurilmasi xotiradagi axborotlarni chiqarish tartibini belgilaydi, boshqaruvchi signallarni ishlab chiqadi, mashinadagi qurilmalarning ishini uygʻunlashtiradi, dasturni uzish signallarini qayta ishlaydi, xotiradagi axborotlarni muhofazalaydi, Protsessor ishini nazorat qiladi. Protsessor da bulardan tashqari, oʻta tezkor xotira qurilmasi va tashkiliy bloklar ham bor.

22. 
    STARAN tizimi