Mavzu: Ko’p yadroli protsessorlarning arxitekturasi bilan tanishish

Mavzu: Ko’p yadroli protsessorlarning arxitekturasi bilan tanishish

Ishdan maqsad: ko’p yadroli protsessorlarning arxitekturasi bilan tanishishdan iborat

Nazariy qism

Ko'p yadroli protsessor bitta protsessor chipida yoki bitta paketda 2 yoki undan ko'p hisoblash yadrosini o'z ichiga olgan markaziy protsessor hisoblanadi.

Intel korporatsiyasi tomonidan 1971 yil 15-noyabrda birinchi (albatta, bitta yadroli!) Intel 4004 protsessori ishga tushirildi. U 2300 tranzistorni o'z ichiga olgan, 108 kHz soat chastotasida ishlagan va 300 dollar turadi.

Markaziy mikro protsessorning hisoblash quvvati talablari tobora o'sib bormoqda va o'sishda davom etmoqda. Ammo oldin protsessor ishlab chiqaruvchilari kompyuter foydalanuvchilari tomonidan amalga oshiriladigan tezkor (har doim o'sib borayotgan!) Talablarga moslashtirishi kerak bo'lsa, hozirda chiplar ishlab chiqaruvchilari uzoq yo'l oldilar!

Uzoq vaqt davomida an'anaviy hosildorlik yagona yadroli protsessorlar   asosan soat chastotasining ketma-ket o'sishiga (protsessor ishlashining qariyb 80 foizi soat chastotasi bilan aniqlangan) va bir chipda tranzistorlar soni bir vaqtning o'zida ko'payishi natijasida yuzaga keldi. Shu bilan birga, soat chastotasining navbatdagi tezligi (3.8 gigagertsli soat chastotasi, chiplar o'ta qizib ketgan!) Bir qator fundamental fizik to'siqlarga asoslangan (chunki texnologik jarayonlar atom darajasiga juda yaqin: bugungi kunda protsessorlar 45nm texnologiyasidan foydalanib ishlab chiqarilgan va silikon atomining hajmi taxminan 0.543 nm):

 Birinchidan, kristall o'lchamlari va ortib borayotgan soat chastotasi bilan tranzistor oqimining oqimi ortadi. Bu esa energiya sarfini oshirish va issiqlik chiqindilarining oshishiga olib keladi; Kompyuter arxitekturasining rivojlanishiga asosiy rag'bat - hosildorlikni oshirish. Kompyuterning ishlashini yaxshilash usullaridan biri ixtisoslashuv (kompyuterning alohida elementlari va maxsus hisoblash tizimlarini yaratish).

Protsessorning ixtisoslashuvi 1960-yillarda, ota-markaz protsessor ma'lumotlarning muntazam kirish va chiqarilishidan ozod qilinganidan boshlandi. Bu funksiya atrof-muhit qurilmalari bilan bog'laydigan I / U protsessoriga o'tkazildi.

Hosildorlikni oshirishning yana bir yo'li - von Neumann ketma-ket arxitekturasidan uzoqlashib, parallelizmga qaratilgan. M. Flin hisoblash parallelligini ishlab chiqarish uchun faqatgina ikkita sabab - tizimda bir vaqtning o'zida mavjud bo'lgan buyruqlar oqimlarining mustaqilligi va bitta buyruqlar oqimida qayta ishlangan ma'lumotlarning uzilishiga e'tibor qaratdi. Hisoblash jarayonining parallelligi uchun birinchi sabab etarli darajada yaxshi ma'lum bo'lsa (oddiy multiprocessing), ma'lumotlar parallelizmi batafsilroq ko'rib chiqiladi, chunki ko'p hollarda u programlovchilardan yashiriladi va cheklangan miqdordagi mutaxassislar foydalanadi.

Ma'lumot parallelizmining eng oddiy misoli ikki buyruqlar ketma-ketligi: A = B + C; D = E * F;

Agar von Neumann tamoyiliga qat'iy amal qilsa, ikkinchi operatsiya faqat birinchi operatsiyani bajarishdan keyin bajarilishi mumkin. Biroq, bu buyruqlarni bajarish tartibi ahamiyatsiz - birinchi ko'rsatmaning A, B va C operandlari ikkinchi ko'rsatmaning D, E va F operandlari bilan hech qanday bog'liqlik mavjud emas. Boshqacha qilib aytganda, har ikkala operatsiyalar aniq parallel, chunki bu ko'rsatmalarning operandlari bir-biriga bog'liq emas. Uch yoki undan ortiq buyruqlar ketma-ketligi bilan bog'liq bo'lmagan ma'lumotlarga ega bo'lgan ko'plab misollarni keltirib o'tish mumkin. Bu aniq bir xulosaga olib keladi: deyarli har bir dastur parallel ma'lumotlarda operatsiyalar guruhlarini o'z ichiga oladi.

 m a'lumotlarning boshqa bir turi, odatda, davriy ma'lumotlarni ishlash dasturlarida uchraydi. Masalan, ikkita massiv elementlarini qo'shganda, bir guruh ma'lumotlar (massiv) ning katta hajmini ishlov berishi mumkin. Bunday buyruqlar vektor deb nomlanadi va ushbu rejimni amalga oshiruvchi protsessor vektor hisoblanadi. Biz quyidagi ta'riflarni beramiz: "Vektorli protsessor ma'lumotlar majmualarida (vektorlarda) operatsiyani parallel bajarish imkonini beruvchi protsessor. Bu parallel ishlash elementlari guruhiga asoslangan maxsus arxitektura bilan tavsiflanadi va tasvirlarni, massivlarni va ma'lumotlar majmualarini ishlashga mo'ljallangan. "

Dastur parallelizmining tasnifi bo'yicha oltita darajadagi tasnifni eng taniqli deb hisoblashadi (10-rasm). Uchta yuqori parallellik darajalari yirik dastur ob'ektlari - mustaqil topshiriqlar, dasturlar va dasturiy vositalar tomonidan egallangan. Bog'langan operatorlar, ko'chadan va operatsiyalar past darajadagi parallelizmni tashkil qiladi. Agar M.Finning "parallel buyruqlar oqimlari" va "parallel ma'lumotlar oqimlari" toifalari bilan birlashtirilsa, yuqoridagi darajadagi muvozanat asosan ko'plab mustaqil buyruqlar oqimlari orqali erishilganligi va past darajadagi o'zaro o'xshashlik, asosan, bog'liq bo'lmagan ma'lumotlar oqimlari .

Konveyerni qayta ishlash va konveyer tuzilmalari

Oh k ompyuterning ishlashini yaxshilashning eng samarali usullaridan biri quvvatsizlanishdir. Shakl. 11 a)   Qayta ishlash yagona universal blokda va 11-rasmda ko'rsatiladi b)va v) - quvurda. Tranzaktsiyalash g'oyasi universal funktsional blok (FB) tomonidan bir nechta ixtisoslashtirilgan ob'ektlar orasidagi vazifani taqsimlashdan iborat. Konveyerning barcha funktsional bloklari bir xil tezlikda ishlashi kerak (kamida o'rtacha). Amalda esa, kamdan-kam hollarda erishiladi va natijada quvurning ishlashi har bir funktsional blokning maksimal ishlash muddati bilan belgilanadi. Bufer registrlari FBsning ish vaqti davomida ular o'rtasidagi o'zgarishlarni bartaraf etish uchun kiritilgan. FIFO kabi bufer saqlash qurilmalari (11-rasm.) ichida). Chizmalarning boshqa farqiga e'tibor qaratiladi. b)   va v). Tarkibida v)   SI sinxronlash liniyasi yo'q. Bu bunday tuzilishga ega emasligini anglatmaydi, faqat ikkita konveyer turi mavjud: sinxronlashtiriladi   umumiy sinxronlash liniyasi va asinxronu holda. Birinchisi, deyiladi jamoaviy boshqarish bilan, ikkinchisi - ma'lumotlarni boshqarish bilan. Asenkron quvur liniyalariga misol sistolik massiv sifatida xizmat qilishi mumkin.

o b ir quvur liniyasi doimiy ravishda bloklarning chiziqli zanjiri emas. Ba'zan foydali bo'ladi, funktsional bloklar ketma-ket bir-biriga ulanmaydi, ammo murakkab sxemaga ko'ra, ishlov mantig'iga ko'ra, zanjirdagi ba'zi bloklar atlana oladi va boshqalar uslubiy tuzilmalarni shakllantirishlari mumkin. X va Y funktsiyalarini hisoblash imkoniga ega bo'lmagan va X va Y funktsiyalari uchun turli xil funktsional bloklar talab qilinadigan diagramma. 12Neytrino tarqatilgan dasturlash modeli bir hil, bir hil muhitda bir nechta protsessorlardan eng yaxshi foydalanishni ta'minlaydi. Bitta protsessor ustida ishlaydigan ilovalar an'anaviy protsessorli aloqa orqali yuklangan yuqori protsessor yuklamasdan, boshqa protsessorlarga ilovalar va tizim xizmatlari (ya'ni, qurilma drayverlari, protokol zahiralari) bilan shaffof ravishda bog'lanishlari mumkin.

Heterojen tizimlarni qurish uchun o'zingizning o'zaro shovqin sxemasini amalga oshirishingiz yoki protsessor bilan o'zaro aloqalarni ta'minlash uchun umumiy infratuzilmani (ehtimol IP asosida) bo'lishga imkon beruvchi ikki operatsion tizimni tanlashingiz kerak. Resurslar bilan bog'liq kelishmovchiliklarni bartaraf qilish uchun ushbu operatsion tizimlar birgalikda apparat tarkibiy qismlari uchun standartlashtirilgan kirish mexanizmini ham taqdim etishi kerak.

AMP uchun tizim ishlab chiqaruvchisi protsessorlar o'rtasida qo'llanadigan apparat resurslarini ajratishni qanday tashkil qilishni aniqlaydi. Odatda, bunday resurs taqsimoti yuklash vaqtida statik ravishda amalga oshiriladi va jismoniy xotiraning ajratilishi, atrof-muhitning boshlanishi va interruptlarning ishlashini o'z ichiga oladi. Tizim resurslarni dinamik ravishda ajratishi mumkin bo'lsa-da, ushbu yondashuvni ishlatib, protsessorlar o'rtasida murakkab muvofiqlashtirishga olib kelishi mumkin.

AMP tizimlarida, boshqa protsessor bo'sh bo'lsa ham, ishlov berish jarayoni har doim bitta protsessorda bajariladi. Natijada, protsessorlardan biri yuklanishi yoki ortiqcha yuklanmasligi mumkin. Ushbu muammoni hal qilish uchun tizim ilovalarni bir protsessordan ikkinchisiga nisbatan dinamik ko'chirishga ruxsat berishi mumkin, ammo bu xatti-harakatlar nazorat qilish punktlarining ma`lumotlar bilan ta`minlanishini qiyinlashtirishi yoki xizmatni uzilishni murakkablashishi mumkin, bu esa bitta protsessorda dasturni bajarish to'xtatilishiga va uni boshlash uchun . Bunday migratsiya jarayoni murakkab yoki hatto mumkin emas, chunki protsessorlar turli xil operatsion tizimlarni ishga tushirishadi.