Mavzu: Prosessorlarda qo’llaniladigan zamonaviy paralellashtirish texnologiyalari

O`ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI
MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI

TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI

UNIVERSITETI SAMARQAND FILIALI
"Kompyuter injiniring" fakulteti

"Kompyuter tizimlari" kafedrasi

"Kompyuter arxitekturasi” fanidan
4-MUSTAQIL ISH
Bajardi: KI101_19-guruh talabasi

Sardor Safarov

Qabul qildi: Axrorov M.

SAMARQAND – 2021
Mavzu: Prosessorlarda qo’llaniladigan zamonaviy paralellashtirish texnologiyalari.

Reja:

1.Parallel hisoblash tizimlari

2.Parallel kompyuterlar

3.Buyruqlarni paralellashtirish

Tayanch atamalar VLIW texnologiyasi , Superskalar protsessorlar, MPI xabarlarini uzatishga asoslangan dasturlash tizimi, UNIX va Windows NT ish stantsiyalari tarmoqlar, Vektorli protsessorlar, Hisoblash klasterlari :

Ko'p protsessorli hisoblash tizimlari ikki xil bo'ladi. Birinchisi, eng keng tarqalgani, umumiy xotira ko'p protsessorli serverlardir. Etakchi ishlab chiqaruvchilar foydalanuvchilarga an'anaviy bir protsessorli kompyuterlarda mavjud bo'lgan dasturiy ta'minot muhitini taqdim etish maqsadida ko'p protsessorli serverlarni chiqarmoqda. Bu sinfning tipik vakillari SMP tizimlari (simmetrik multiprotsessorlar) - simmetrik multiprotsessorlar bo'lib, ularda barcha protsessorlar bir xil unumdorlikka ega, umumiy xotiraga kirishda teng, xotiraga kirish vaqti esa bir xil.

Ko'p protsessorli tizimlarning ikkinchi turi bu ko'p sonli protsessorlarga va umumiy xotiraga ega bo'lgan massiv parallel ishlov berish (MPP) parallel superkompyuterlari. Xuddi shunday modeldan foydalanadigan superkompyuterlar yuqori tezlikdagi aloqa kanallari orqali o'zaro ta'sir qiluvchi alohida mashinalar (tugunlar) majmuasi sifatida qurilgan. Har bir tugun faqat mahalliy xotiraga kirish huquqini oladi, ishlaydigan parallel dastur xabarlarni yuborish va qabul qilish orqali ma'lumot almashinadigan bir qator parallel zaif o'zaro ta'sir qiluvchi jarayonlarga bo'linadi.

Ikkala sinfdagi tizimlar ko'pincha shaxsiy kompHisoblash klasterlari - bu aloqa muhiti bilan bog'langan ko'plab tugunlardan iborat tizimlar. Lokal yoki global tarmoqdagi kompyuterlar tugun sifatida ishlatilishi mumkin. Har bir tugun mahalliy xotiraga ega, umumiy xotira yo'q. Klaster turli arxitektura va unumdorlikka ega tugunlarni o'z ichiga olishi mumkin. Agar barcha klaster tugunlari bir xil arxitektura va ishlashga ega bo'lsa, klaster bir hil deb ataladi, aks holda - heterojen.

Hisoblash klasterining arxitekturasi MPP superkompyuterlariga o'xshaydi; klasterlar ko'pincha arzon alternativa sifatida ishlatiladi, chunki ular tashkilotda mavjud shaxsiy kompyuterlar asosida tuzilishi mumkin. Har qanday klasterni yagona aloqa tizimiga, yagona boshqaruv markaziga va yukni rejalashtirishga ega bo'lgan yagona apparat-dasturiy ta'minot tizimi sifatida ko'rish mumkin. Ko'pincha, klaster narxini pasaytirish uchun tugunlar sifatida hozirda mavjud bo'lgan turli xil xususiyatlarga ega va, ehtimol, qisman boshqa muammolarni hal qilish bilan yuklangan kompyuterlar qo'llaniladi.

Hisoblash tarmoqlari (GRID) ko'plab klasterlar, ko'p protsessorli va bir protsessorli kompyuterlar resurslarini birlashtiradi, turli xil geografik joylashuvga ega, turli tashkilotlarga tegishli va turli xil foydalanish intizomiga bog'liq. Ushbu toifadagi tizimlarning alohida turi Internetdan aloqa vositasi sifatida foydalanadigan global kompyuter tarmoqlaridir.

Heterojen klasterlar va kompyuter tarmoqlarining dasturiy ta'minoti dinamik konfiguratsiya o'zgarishlariga moslashishi, arxitekturaning heterojenligini va individual tugunlarning nosozliklari ehtimolini hisobga olishi kerak.

Parallel qayta ishlashni amalga oshirishning o'ziga xos xususiyati shundaki, qayta ishlangan ma'lumot tugunlar o'rtasida nisbatan katta qismlarga taqsimlanishi kerak, chunki tugunlar o'rtasida ma'lumot uzatish uchun zarur bo'lgan vaqt oralig'i odatda bitta tugun ichidagi uzatish vaqtidan bir necha darajaga oshadi.

yuterlar va ish stantsiyalarida ishlatiladigan bir xil mikroprotsessorlardan qurilgan.

Vektorli protsessorlar

Muqobil nom SIMD arxitektura protsessorlaridir. Vektor ko'rsatmalarini o'z ichiga olgan bitta ko'rsatma oqimi mavjud. Bitta vektor ko'rsatmasi ma'lumotlar vektorining barcha elementlarida bir vaqtning o'zida ma'lum arifmetik amalni bajaradi.

Turli arxitekturadagi protsessorlar ba'zi operatsiyalarni tezlashtirish uchun vektor ko'rsatmalariga ega bo'lishi mumkin. Ba'zi superkompyuterlarda vektor protsessorlari qo'llaniladi. Vektor protsessorlarining kamchiligi ularning yuqori narxidir.

VLIW texnologiyasidan foydalanish

Juda Long Instruction Word (VLIW) protsessorlari individual ko'rsatmalar darajasida parallel ishlov berishning eng oddiy usulini amalga oshiradi. Har bir VLIW protsessor ko'rsatmasi turli ma'lumotlar bilan ishlaydigan bir vaqtning o'zida bajariladigan bir nechta ko'rsatmalardan iborat bo'lishi mumkin.

VLIW protsessorlaridan foydalanganda algoritmni parallellashtirish dasturni kompilyatsiya qilish bosqichida kompilyator tomonidan yoki assemblerda dasturlashda dasturchi tomonidan amalga oshiriladi. Ushbu turdagi protsessorlarning arxitekturasi parallel bajarish imkoniyatiga sezilarli cheklovlar qo'yadi, chunki ularda bir nechta parallel bajariladigan buyruq oqimlarini yaratish mumkin emas. Aslida, faqat bitta ko'rsatmalar oqimi mavjud, ammo ularning har biri bir vaqtning o'zida bajariladigan bir nechta ishlov berish ko'rsatmalarini o'z ichiga olishi mumkin.

Superskalar protsessorlar

Superskalar protsessorlarning bajariladigan kodi odatda parallel ishlov berish haqida ma'lumotni o'z ichiga olmaydi. Ko'rsatmalarni parallellashtirish dasturni bajarish bosqichida sodir bo'ladi. Buning uchun protsessorda maxsus tahlil birligi mavjud. Bunday protsessorlarning arxitekturasi VLIW arxitekturasiga qaraganda ancha murakkab, shuning uchun ular o'rnatilgan tizimlarni loyihalashda juda kam qo'llaniladi.

Ko'pincha, bunday protsessorlar parallel ishlov berish qobiliyatiga ega bo'lmagan oldingilariga mos keladigan kuchliroq modellar sifatida ishlatiladi. Masalan, Pentium dan boshlab Intel protsessorlari shu sinfga kiradi. Deyarli barcha zamonaviy shaxsiy kompyuterlar va ko'p protsessorli tizimlar superskalyar protsessorlarga asoslangan.

Vazifalarga yo'naltirilgan protsessorlar

Muayyan muammoni hal qilish uchun maxsus ishlab chiqilgan. Parallel ishlov berish ba'zi algoritmlarning apparat ta'minoti darajasida amalga oshirilishi mumkin.

Bunday protsessorlarni ishlab chiqish VHDL yoki Verilog kabi apparat tavsifi tillari yordamida amalga oshiriladi.

Ushbu yondashuvning kamchiliklari dizayn va disk raskadrovkaning murakkabligi, shuningdek, hosil bo'lgan protsessor uchun yuqori darajadagi dasturiy ta'minotni ishlab chiqish vositalarining yo'qligi.

Parallel tizimlarni qurishning turli usullaridan foydalanish samaradorligi va imkoniyatlarini taqqoslash

Turli xil muammolarni hal qilish uchun taqsimlangan resurslarga ega hisoblash tizimlari qo'llaniladi.

Har xil arxitekturadagi multiprotsessorli superkompyuterlar, hisoblash klasterlari va hisoblash tarmoqlari katta hajmdagi hisob-kitoblarni talab qiladigan muammolarni hal qilish uchun ishlatiladi.

Ko'p protsessorli SMP serverlari veb-serverlar kabi real vaqt rejimida ma'lumotlarni qayta ishlash uchun ham keng qo'llaniladi.

Parallel ishlov berishdan foydalanishning yana bir sohasi alohida mikroprotsessorlarning ish faoliyatini oshirishdir. Shaxsiy kompyuterlar va ko'p protsessorli tizimlarda qo'llaniladigan umumiy maqsadli mikroprotsessorlar superskalar arxitekturaga ega. Ba'zi superkompyuterlar vektor protsessorlaridan ham foydalanadilar.

O'rnatilgan tizimlarda ishlatiladigan protsessorlarni alohida qayd etish kerak. O'rnatilgan tizim uchun protsessorni tanlashda ishlash, narx va quvvat sarfiga alohida e'tibor beriladi. Parallel ishlov berish ko'pincha apparat resurslaridan eng samarali foydalanish imkonini beradi. Shuning uchun, o'rnatilgan tizimlarda VLIW protsessorlari ko'pincha ishlatiladi, shuningdek, FPGA yoki VLSI yordamida apparatda amalga oshiriladigan maxsus echimlar.

MPI (Message Passing Interface) kutubxonasi umumiy xotiraga ega parallel hisoblash tizimlari, xususan, hisoblash klasterlari va umumiy xotiraga ega multiprotsessorli superkompyuterlar uchun eng keng tarqalgan dasturlash vositasidir.

Hisoblash MPI modelida dastur har biri o'z manzil maydonida ishlaydigan jarayonlar to'plamidir. Jarayonlar xabarlarni uzatish orqali muloqot qiladi.

Ko'p protsessorli superkompyuterlar va UNIX va Windows NT ish stantsiyalari tarmoqlari uchun C / C ++ va Fortran 77/90 MPI ilovalari mavjud.

MPI kutubxonasi ishlab chiquvchiga jarayonlar o'rtasida xabar almashish, xabarlarni uzatish usullarini tanlash, jamoaviy operatsiyalar, turli protsessorlarda ma'lumotlar bilan samarali ishlaydigan ko'plab qisqartirish operatsiyalari, turlarni belgilash qobiliyatini ta'minlaydigan jarayonlararo aloqa uchun ko'plab funktsiyalarni taqdim etadi. uzatilgan ma'lumotlar.

MPI ning ikkita versiyasi mavjud - birinchi standart 1993 yilda qabul qilingan va 1997 yilda MPI-ni kengaytiruvchi va jarayonlarni dinamik yaratish va yo'q qilishni, umumiy xotiradan foydalanishni va parallel kiritish-chiqarish operatsiyalarini ta'minlaydigan MPI-2 standarti loyihasi ishlab chiqilgan. .

MPI va MPI-2 standartlari ancha murakkab va mashaqqatli, shuning uchun bugungi kunda standartlarga to'liq mos keladigan MPI dasturi mavjud emas.

Umumiy xotiraga ega ko'p protsessorli tizimlar uchun eng keng tarqalgan dasturlash vositasi OpenMP texnologiyasidir.

Ushbu texnologiya mavjud ketma-ket dasturlarga parallel ishlov berishdan foydalanishni osonlashtiradi.

OpenMP-dan foydalanilganda, dasturning asl operator kodi ketma-ket arxitektura bilan bir xil bo'lib qoladi. Maxsus preprotsessor ko'rsatmalari yordamida ishlab chiquvchi dasturning dastlabki kodida bir xil bajariladigan kod bir vaqtning o'zida bir nechta protsessorlarda bajarilishi mumkin bo'lgan parallel hududlarni belgilaydi. Parallel bloklarda barcha oqimlar uchun mahalliy va umumiy ma'lumotlardan foydalanish mumkin. Preprotsessor parallelizm direktivalarini ma'lum bir arxitektura uchun parallel ishlov berish funktsiyalarini amalga oshiradigan kutubxonaga qo'ng'iroqlar bilan almashtiradi.

Shunday qilib, preprotsessor direktivalari yordamida dastur ketma-ket va parallel bo'limlarga bo'linadi. Parallelizmni amalga oshirishning bunday usuli "vilkalar" yoki "pulsatsiyalanuvchi" parallelizm deb ataladi.

OpenMP texnologiyasi Intel kompilyatorlarining so‘nggi versiyalarida ko‘p protsessorli tizimlar imkoniyatlaridan, shuningdek, Hyper Threading texnologiyasini qo‘llab-quvvatlovchi protsessorlardan samarali foydalanish uchun joriy qilingan.

Ko'p protsessorli tugunlardan tashkil topgan klasterlarni dasturlashda ko'pincha MPI + OpenMP gibrid yondashuvi qo'llaniladi, tugunlar orasidagi aloqa MPI yordamida dasturlashtirilganda va alohida tugunlardagi vazifalar OpenMP yordamida amalga oshirilganda.

Xulosa

Xulosa qilib shuni aytishim mumkinki parallel hisoblash kompyuter texnologiyalarini hozirgi darajasiga olib chiqishda muhim rol o’ynagan. Chunki parallel hisoblash orqali juda katta ma’lumotlar ustida amallarni ham tez bajarsa bo’ladi . Shuningdek parallel hisoblash bizning vaqtimiz va pulimizni tejaydi. Hozirgi kunda esa barcha kompyuterlar va kompyuter tizimlari hammasi parallel hisoblashga asoslangan holda ishlaydi bunga shubha bo’lishi mumkin emas.

Foydalanilgan adabiyotlar

Internet manbalari :

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_computing

2. https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/parallel-computer

3. https://www.omnisci.com/technical-glossary/parallel-computing