Lari va kommunikatsiyalarini rivojlanshtirish vazirligi muxammad al-xorazmiy

I.BOB.

1.1. Multiprotsessorli tizimlar.Parallel kompyuterlar

Parallel kompyuter deb ma'lum bir tarzda bog'langan hisoblash birliklari to'plamidan tashkil topgan, birgalikda ishlashga qodir va bir vaqtning o'zida bitta vazifaga (dasturga) tegishli bo'lgan ko'plab arifmetik va mantiqiy operatsiyalarni bajaradigan kompyuter tushuniladi .Parallel kompyuterlarni turli mezonlarga ko'ra tasniflash mumkin: protsessorning ulanish turi, protsessor maydonining ishlash usuli, dastur sohasi va boshqalar.

Biroq, parallel kompyuterlarning eng keng tarqalgan tasnifi Flinn tomonidan taklif qilingan va kompyuterlar tomonidan amalga oshirilgan parallellik shaklini aks ettiradi. Tasnifning asosiy tushunchalari "buyruqlar oqimi" va "ma'lumotlar oqimi" dir. Buyruqlar oqimi bitta dastur buyruqlari ketma-ketligini anglatadigan soddalashtirilgan. Ma'lumotlar oqimi - bu bitta dastur tomonidan qayta ishlangan ma'lumotlar ketma-ketligi.
Flinn tasnifiga ko'ra to'rtta katta kompyuter sinflari mavjud:
OKOD - Yagona ko'rsatma oqimi - Yagona ma'lumotlar oqimi (SISD - Yagona ko'rsatma - Yagona ma'lumotlar). Bular bitta dastur bajariladigan ketma-ket kompyuterlar, ya'ni. faqat bitta buyruq hisoblagichi va bitta arifmetik mantiqiy birlik mavjud;
SMD - bitta ko'rsatma oqimi - bir nechta ma'lumotlar oqimi (SIMD - bitta ko'rsatma - bir nechta ma'lumotlar). Bunday kompyuterlarda bitta dastur bajariladi, ammo uning har bir buyrug'i ko'p sonlarni qayta ishlaydi. Bu parallellikning vektor shakliga mos keladi;
MKOD - bir nechta ko'rsatma - bitta ma'lumot oqimi (MISD - bir nechta ko'rsatma - bitta ma'lumot). Ushbu sinfda bir vaqtning o'zida bir nechta jamoalar bitta ma'lumot elementi bilan ishlaydi deb taxmin qilinmoqda, ammo Flinn tasnifining ushbu pozitsiyasi amalda qo'llanilmagan;
MKMD - bir nechta ko'rsatmalar oqimi - bir nechta ma'lumotlar oqimi (MIMD - bir nechta ko'rsatmalar - bir nechta ma'lumotlar). Bunday kompyuterlarda bir nechta dastur shoxobchalari bir vaqtning o'zida va bir-biridan mustaqil ravishda bajarilib, ma'lum vaqt oralig'ida ma'lumotlar almashinuvi amalga oshiriladi. Bunday tizimlar odatda ko'p protsessorli tizimlar deb ataladi. Bundan tashqari, ushbu ishda faqat ko'p protsessorli kompyuterlar ko'rib chiqiladi.
Parallel kompyuterlarning samaradorligi masalasi kompyuterni tadqiq qilish va rivojlantirishning turli bosqichlarida paydo bo'ladi. Parallel kompyuterlarning ishlash jarayonida samaradorligi va parallel algoritmlarning samaradorligini farqlash kerak.
Rivojlanish bosqichiga qarab, kompyuterlar samaradorligining turli xil xususiyatlari foydalidir. Ulardan asosiylaridan biri bu parallel tizimning r tezlanishidir, u quyidagicha ifodalanadi:
r = (sc - p) W/P W = Wsc + Wpr
с = W_c·t_c / W·t = c_A·c_T (1.1.1)
bu erda T1 - bitta protsessorli tizimda muammoni echish uchun vaqt, va Tn - n-protsessor tizimida bir xil muammoni hal qilish uchun vaqt.
Agar W = Wsc + Wpr deb belgilasak, bu erda W - masaladagi operatsiyalarning umumiy soni, Wpr - parallel bajarilishi mumkin bo'lgan operatsiyalar soni, va Wsk - skaler (parallel bo'lmagan) amallar soni; t - bitta operatsiyani bajarish vaqti, keyin Amdahl qonuni quyidagi shaklga ega bo'ladi.


с = W_c·t_c / W·t = c_A·c_T (1.1.2)

bu erda a = Wsc / W - skaler operatsiyalarning ulushi.

Amdala qonuni parallel hisoblash uchun printsipial muhim pozitsiyalarni belgilaydi:
1. Hisoblashlarning tezlashishi ham topshiriqning potentsial parallelligiga (qiymati 1-a), ham apparat parametrlariga (protsessorlarning soni n) bog'liq.
2. Hisoblashlarning chegaraviy tezlashishi masalaning xossalari bilan belgilanadi va har qanday protsessor uchun 1 / a dan oshmasligi kerak, ya'ni maksimal tezlashtirish masalaning potentsial parallelligi bilan aniqlanadi va a qiymatining o'zgarishiga juda sezgir hisoblaniladi.
Biroq, Amdala qonuni protsessorlar o'rtasida xabar almashish uchun sarflangan vaqtni hisobga olmaydi. Ammo ko'p hollarda bu yo'qotishlar nafaqat hisoblashlarning tezlashishini kamaytirishi, balki uniprotsessor versiyasi bilan taqqoslaganda ham hisob-kitoblarni sekinlashtirishi mumkin.

Shuning uchun Wc - ma'lumotlarni uzatish soni va tc - bitta ma'lumot uzatish vaqtini kiritish kerak. Keyin Amdahlning tarmoq qonuni deb nomlangan modernizatsiya qilingan Amdahl qonuni quyidagicha ko'rinadi:
(1.1.3)

bu erda s = Wc · tc / W · t = cA · cT - hisoblashlar tarmog'ining degradatsiyasi koeffitsienti bitta ma'lumot uzatishda hisoblash vaqtini aniqlaydi va vaqt sarfi bo'yicha hisoblaniladi.Bunday holda, cA algoritm xususiyatlari tufayli degradatsiya koeffitsientining algoritmik komponentini va cT - texnik komponentni aniqlaydi, bu protsessor va tarmoq uskunalarining texnik tezligi nisbatlariga bog'liq. (1.1.3) dan ko'rinib turibdiki, hisoblash tezligini oshirish uchun muammo algoritmi, ma'lumotlar hajmi, uskunalarning texnik xususiyatlari va boshqalar kabi ko'plab omillarga bog'liq bo'lgan degradatsiya koeffitsientining ikkala tarkibiy qismiga ta'sir o'tkazish zarur.

1.2. Ko'p protsessorli tizimlarning turlari

Flinn tasnifiga muvofiq, ko'p protsessorli kompyuterlar tarkibiga bir nechta buyruqlar oqimi va bir nechta ma'lumotlar oqimi bo'lgan kompyuterlar kiradi (MKMD-kompyuter yoki MIMD-kompyuter).

MKMD-kompyuter mustaqil, parallel bajariladigan qismlarni ko'rsatish uchun maxsus vositalar qo'shilishi bilan kengaytirilgan dasturning an'anaviy ketma-ket tashkil etilishiga asoslanadi. Parallel-ketma-ket dastur foydalanuvchiga yaxshi tanish va oddiy ketma-ket dasturlardan parallel dasturni yig'ishni nisbatan osonlashtiradi.
MKMD-kompyuterlar ikki turga ega: umumiy (umumiy) va taqsimlangan (individual) xotirali kompyuterlar. Umumiy va individual (lokal, taqsimlangan) xotiraga ega bo'lgan MKMD-kompyuterlarning asosiy farqi manzillar tizimining tabiatida.