М. М. Мусаев компьютер тизимлари ва тармоқлари

Дастурлар поғонаси – битта масаланинг алоҳида қисмлари кўп процессорларнинг биргалашиб бир вақтнинг ўзида ишлаш ҳисобига бажарилишидир.
Буйруқлар поғонаси – конвейер режимида ижро қилинувчи алоҳида буйруқларнинг босқичлар (фазалар) га бўлиниб бажарилишидир.
Разрядлар поғонаси – бир вақтнинг ўзида машина сўзининг кўп разрядли кодига ишлов беришдир.
Масалалар поғонасидаги параллелизм мустақил масалалар ёки уларнинг ечими фазалар орасида бўлиши мумкин. Масалалар поғонасидаги параллелизмнинг асосий амалга ошириш воситаси бўлиб, кўп процессорли ва кўп машинали ҳисоблаш тизимлари хизмат қилади. Бу тизимларда масалалар алоҳида процессор ёки машиналарга тақсимланади. Дастурлар поғонасидаги параллелизм иккита вариантда амалга оширилади: дастурда параллел бажариш мумкин бўлган мустақил қисмларни ажратиш, ёки алоҳида қадамлар бир бирига боғланмаган ҳолда битта дастурий цикл доирасида амалга оширилади. Бундай ҳолатда параллелизм процессорлар сонининг кўплиги ёки битта машинанинг функционал блокларининг кўплиги ҳисобига амалга оширилиши мумкин.
Буйруқлар поғонасидаги параллелизм бир неча буйруққа ёки уларнинг алоҳида босқичларига ишлов бериш вақт мобайнида устма – уст тушганда ўринлидир (операцияларнинг устма – уст тушиши ёки конвейерлаш).
Шундай қилиб, аппарат ёки дастурий воситаларнинг параллелизм поғонаси умумий масалани алоҳида қисмларга бўлиш йўли билан ва уларнинг бажарилишини ҳисоблаш тизимларининг алоҳида бўғинларида, алоҳида процессорларида, ёки алоҳида ишловчи компьютерларида амалга оширилади.
Амдал қонуни.
Бу қонун ҳисоблаш юкламасини параллел ишловчи процессорларга тақсимлаш ҳисобига ҳисоблаш тезлигининг ўсиш поғонасини баҳолайди. Идеал ҳолатда n процессорлардан ташкил топган тизим ҳисоблашни n марта тезлаштириши мумкин. Амалда эса бундай кўрсаткичга эришиб бўлмайди. Асосий сабаблардан бири ҳеч қандай масалани тўлалигича параллеллаштириш мумкин эмас. Қоидага асосан, ҳар қандай дастурда коднинг шундай қисми борки, у кетма – кет ва фақат процессорларнинг бирида бажарилиши керак. Параллел ҳисоблаш тизимини кўзлаганда унумдорликнинг ошиши процессорлар сонига тўғри пропорционаллигига эришиш мумкин эмаслигини аниқ англаш керак, табиийки қандай ҳақиқий жадаллаштиришга эришиш мумкин деган савол туғилади. Бу саволга Амдал қонуни қайсидир маънода жавоб беради.
Жаҳонга машҳур бўлган IBM 360 тизимини ишлаб чиққанлардан бири бўлган Джин Амдал кўп процессорли ҳисоблаш тизимида эришиш мумкин бўлган ҳисоблашни жадаллаштириш, процессорлар сонига ва дастурнинг кетма – кет ва параллел қисмлари орасидаги нисбатга боғлиқлигини акс эттирувчи формулани тақдим қилди. Ҳисоблаш вақтини қисқартириш кўрсатгичи бўлиб, "жадаллаштириш" метрикаси хизмат қилади. Эслатиб ўтамиз, жадаллаштириш S - бу бир процессорли тизимларда ҳисоблашни бажаришга сарфланган (кетма – кетлик алгоритмининг энг яхши вариантида) Ts вақтнинг худди шу масалани параллел тизимда ечилиш (параллел алгоритмининг энг яхши вариантида) Tp вақтига нисбатидир:

S=T_s/T_p

Амдал томонидан муаммо қуйидаги масалада кўриб чиқилган (1.2- расм). Авваламбор, масалани ечишда қатнашадиган процессорлар сонини ўзгартириш билан ечиладиган масаланинг ҳажми ўзгармайди. Ечиладиган масаланинг дастур коди иккита қисмдан иборат: кетма - кет ва параллел равишда бажариладиган. Процессорларнинг бирида кетма – кет бажарилиши керак бўлган операциянинг ҳиссасини f билан белгилаймиз, бунда (бу ерда ҳисса коднинг қаторлар сони эмас, балки бажариладиган операцияларнинг аниқ сони деб тушунилади). Бундан дастурнинг паралеллаштирилган қисмига тўғри келадиган ҳисса 1–f ни ташкил қилади. f қийматдаги охирги ҳолатлар тўлиқ параллел (f=0) ва тўлиқ кетма – кет (f=1) дастурларга мос келади. Дастурнинг паралеллаштирилган қисми ҳамма процессорларга бир хил тақсимланади.

Келтирилган таърифлашни ҳисобга олсак:

T_p=f T_s+
Натижада, n процессорли тизимда эришиш мумкин бўлган жадаллаштиришни ифодаловчи Амдал формуласини ҳосил қиламиз:

Формула оддий ва катта умумийликка эга бўлган тенгликни ифодалайди. Жадаллаштиришнинг процессорлар сонига ва дастурнинг қисмларини кетма–кетлик ҳиссасига боғлиқлиги 1.3-расмда кўрсатилган.

Паралеллаштириш аниқ сарф – ҳаражатларга олиб боради, дастурни кетма – кет бажарганда эса бу сарф – ҳаражатлар йўқ. Бундай сарф – ҳаражатларга мисол қилиб дастурларни процессорларга тақсимлаш билан боғлиқ бўлган қўшимча операцияларни, процессорлар орасида ахборот алмашинувини келтирсак бўлади.