Mustaqil ishi Bajardi: Ozadova Gulshanoy. Qabul qildi: Egamberdiyev N. A mavzu: Operatsion tizimlarda parallel hisoblash tamoillari Reja

MUXAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI
TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI


5355060 - Kutubxona Axborot Faoliyati yo’nalishi 061-20 - gurux
“Operatsion tizimlar” fanidan

Mustaqil ishi

Bajardi:Ozadova Gulshanoy.
Qabul qildi:Egamberdiyev N.A

Mavzu:Operatsion tizimlarda parallel hisoblash tamoillari

Reja:

1. 
   Parallel hisoblash
   
2. 
   Parallel algoritmni
   
3. 
   Ma'lumotlarni uzatish tarmog'i topologiyalari
   

Dastur hisob-kitoblari kompyuterda parallel deb nomlanishi kerak. Lekin bu men javob olmoqchi bo'lgan yagona savol emas. Nega oddiy, taniqli, tushunarli ketma-ket hisoblash dunyosidan parallel hisoblashning tushunish qiyin dunyosiga o'tish kerakligini tushunish ham bir xil darajada muhimdir. Parallel hisoblashning qanday afzalliklari bor va parallel hisoblashga qaratilgan dasturlarni yaratishda dasturchini qanday muammolar kutmoqda. Bu savollarga javob berish uchun keling, kompyuterlarning rivojlanish tarixiga qisqacha ekskursiya qilaylik.

o'p dasturlash - bu bir nechta dasturlarning parallel bajarilishi. Ko'p dasturlash sizga umumiy bajarish vaqtini qisqartirish imkonini beradi.

Parallel hisoblash deganda bir xil dasturning parallel bajarilishi tushuniladi. Parallel hisoblash bitta dasturni bajarish vaqtini qisqartirishi mumkin.

E'tibor bering, kompyuterda bir nechta protsessorlarning mavjudligi ko'p dasturlash uchun zaruriy shartdir. Ko'p dasturlashni amalga oshirish uchun protsessorlarning o'zaro ishini tashkil qiluvchi operatsion tizimning mavjudligi etarli. Parallel hisoblashlar uchun qo'shimcha talab qo'yiladi - bu dasturning o'zi uchun talab - dastur hisoblashlarni parallellashtirish imkoniyatini berishi kerak.

Operatsion tizimning paydo bo'lishi kompyuterni faqat "apparat" (xotira, protsessorlar, boshqa qurilmalar) sifatida ko'rish mumkin emasligini anglatadi. Endi u ikkita komponentga ega - qattiq va yumshoq - bir-birini to'ldiradigan apparat va dasturiy ta'minot komponentlari. Kompyuterlar mavjud bo'lgan yarim asr davomida ikkala komponent ham tez rivojlandi.

Uskuna eksponensial o'sish bilan tavsiflanadi, bu taniqli empirik Mur qonunida aks etadi - barcha eng muhim xususiyatlar eksponent ravishda o'sdi - barcha darajadagi xotira miqdori, xotiraga kirish vaqtining pasayishi, protsessorlarning tezligi. Mur qonuniga ko'ra (Gordon Mur asoschilaridan biridir Intel) har bir yarim yilda xususiyatlarning qiymatlari ikki baravar oshdi. Kompyuterga kiritilgan protsessorlar soni ham o'sdi. O'zgartirildi va kompyuter arxitekturasi... Ushbu o'zgarishlar ko'p jihatdan hisob-kitoblarni parallellashtirishga qaratilgan qadamlar edi. To'g'ridan-to'g'ri parallellashtirish jarayoni bilan bog'liq protsessor arxitekturasida bir nechta o'zgarishlar:

Quvur liniyasi buyrug'ini qayta ishlash. Protsessor tomonidan ko'rsatmalar oqimini bajarish jarayoni endi ko'rsatmalardan keyin ko'rsatmalarning ketma-ket bajarilishi deb hisoblanmaydi. Buyruqlar oqimini qayta ishlash quvur liniyasida amalga oshirildi, shuning uchun bir vaqtning o'zida bir nechta buyruqlar bajarish uchun tayyorlandi. Quvurli ishlov berishda ma'lumotlar bilan bir-biriga bog'liq bo'lmagan buyruqlar bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin edi, bu allaqachon haqiqiy parallelizmdir.

"Uzoq buyruqlar". Ba'zi kompyuterlarning arxitekturasi butun sonlar ustida mantiqiy va arifmetik amallarni bajarishga imkon beruvchi bir nechta protsessorlarni, suzuvchi nuqtali raqamlar bilan operatsiyalarni bajaradigan bir nechta protsessorlarni o'z ichiga oladi. Long buyrug'i bitta buyruqda mavjud protsessorlarning har biri tomonidan bajarilishi kerak bo'lgan amallarni belgilash imkonini berdi. Shunga qaramay, bu apparat parallelizmiga imkon berdi.
Parallel algoritmni bajarishda yuzaga keladigan umumiy qo'shimcha xarajatlarni taxmin qilaylik T 0 = P* Tp - T 1 , qayerda T 1 - ketma-ket topshiriq algoritmini bajarish vaqti, T p P protsessorlarida vazifa algoritmini bajarish vaqti.
Qo'shimcha xarajatlar protsessorlarning o'zaro ta'sirini tashkil etish, parallel hisoblashlarni sinxronlashtirish va hokazolar tufayli yuzaga keladi.
Kiritilgan belgidan foydalanib, masalani parallel hal qilish vaqti va mos keladigan tezlanish uchun yangi ifodalarni olish mumkin:

Tp = (T 1 + T 0 ) / P, Sp = T 1 / Tp = (P * T 1 ) / (T 1 + T 0 )

Keyin protsessorlardan foydalanish samaradorligini quyidagicha ifodalash mumkin

E P = Sp / P = T 1 / (T 1 + T 0 ) = 1 / (1+ T 1 / T 0 )

Keyin, agar hal qilinayotgan muammoning murakkabligi aniqlansa ( T 1 = const), keyin protsessorlar sonining ko'payishi bilan samaradorlik, qoida tariqasida, qo'shimcha xarajatlarning oshishi tufayli pasayadi. T 0 ... Ruxsat etilgan miqdordagi protsessorlar yordamida samaradorlikni hal qilinayotgan muammoning murakkabligini oshirish orqali oshirish mumkin. T 1 chunki ortib borayotgan murakkablik bilan, qo'shimcha xarajatlar, deb taxmin qilinadi T 0 hisoblash miqdoridan sekinroq o'sadi T 1 .

Shunday qilib, protsessorlar sonining ko'payishi bilan ko'p hollarda hal qilinayotgan muammolarning murakkabligini mos ravishda oshirish yordamida ma'lum darajadagi samaradorlikni ta'minlash mumkin. Shu munosabat bilan hisoblash murakkabligining talab qilinadigan o'sish sur'atlari va foydalaniladigan protsessorlar sonining nisbati parallel hisoblashning muhim xarakteristikasiga aylanadi.

Shuningdek, ishlab chiqilgan algoritmlarning muhim xususiyati hisoblanadi narx (xarajat ) masalani parallel yechish vaqti va foydalanilgan protsessorlar soni ko‘paytmasi sifatida aniqlangan hisob-kitoblar.
2. Ma'lumotlarni uzatish tarmog'ining topologiyasi. Elementar topologiyalarga misollar, asosiy xarakteristikalar. Marshrutlash algoritmlari va ma'lumotlarni uzatish usullari.
Ko'p kompyuterlarda parallel hisoblashni tashkil qilishda hisoblash muhitining protsessorlari o'rtasida ma'lumotlarni uzatish parallel jarayonlarning o'zaro ta'sirini, sinxronizatsiyasini va o'zaro istisnosini tashkil qilish uchun ishlatiladi. Aloqa liniyalari orqali ma'lumotlarni uzatish vaqtida kechikishlar sezilarli bo'lishi mumkin (protsessorlar tezligiga nisbatan) va natijada algoritmning aloqa murakkabligi muammolarni hal qilishning parallel usullarini tanlashga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.
Ma'lumotlarni uzatish tarmog'i topologiyalariga misollar

Ma'lumotlarni uzatish tarmog'ining topologiyasi - bu kompyuter tizimining protsessorlari orasidagi kommutatsiya liniyalarining tuzilishi. Topologiya - bu har qanday ikkita tugun (tarmoq protsessorlari) o'rtasida ma'lumotlarni uzatishni tashkil qilish mumkin bo'lgan to'liq grafik. Topologiya axborot oqimlarini uzatish intensivligini tahlil qilish asosida samarali texnik amalga oshirish imkoniyatlarini hisobga olgan holda aniqlanadi. Oddiy topologiyalar odatda protsessorlar uchun quyidagi aloqa sxemalarini o'z ichiga oladi (rasmga qarang).

To'liq grafik(to'liq bog'langan grafik yoki klik) - har qanday protsessorlar juftligi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa liniyasi mavjud bo'lgan tizim, shuning uchun bu topologiya ma'lumotlarni uzatishning minimal xarajatlarini ta'minlaydi, lekin ko'p sonli protsessorlar bilan amalga oshirish qiyin.

Hukmdor(chiziqli massiv yoki ferma) - barcha protsessorlar tartib bilan qayta raqamlangan va birinchi va oxirgisidan tashqari har bir protsessor faqat ikkita qo'shni (oldingi va keyingi) protsessorlar bilan aloqa liniyalariga ega bo'lgan tizim; Bunday sxema, bir tomondan, amalga oshirish oson, ikkinchi tomondan, u ko'plab hisoblash muammolarini hal qilishda (masalan, quvurli hisob-kitoblarni tashkil qilishda) ma'lumotlarni uzatish tuzilishiga mos keladi.

Yulduz(yulduzcha) - barcha protsessorlarda qandaydir boshqaruv protsessorlari bilan aloqa liniyalari mavjud bo'lgan tizim; bu topologiya, masalan, markazlashtirilgan parallel hisoblash sxemalarini tashkil qilishda samarali.

Panjara(to'r) - aloqa liniyalari grafigi to'rtburchaklar to'rni tashkil etadigan tizim (odatda ikki yoki uch o'lchovli); bunday topologiyani osongina amalga oshirish mumkin va bundan tashqari, ko'plab raqamli algoritmlarni parallel bajarishda samarali foydalanish mumkin (masalan, qisman differensial tenglamalar bilan tavsiflangan matematik modellarni tahlil qilish usullarini amalga oshirishda).

Giperkub(giperkub) - bu topologiya har bir panjara o'lchami uchun faqat ikkita protsessor mavjud bo'lganda, panjara tuzilishining alohida holatini ifodalaydi; Ma'lumotlar uzatish tarmog'ini tashkil qilishning ushbu varianti amalda juda keng tarqalgan va quyidagi bir qator o'ziga xos xususiyatlar bilan tavsiflanadi:

a) ikkita protsessor, agar ularning raqamlarining ikkilik ko'rinishlari mavjud bo'lsa, ulanishga ega

faqat bitta boshqa pozitsiya;

b) N-o'lchovli giperkubni ikkita (N-1) o'lchovli giperkubga bo'lish mumkin (jami N o'lchamli turli bo'limlar mumkin);

c) har qanday ikkita protsessor orasidagi eng qisqa yo'l protsessor raqamlaridagi turli xil bit qiymatlari soniga teng uzunlikka ega (bu qiymat Hamming masofasi deb nomlanadi).

Chunki har bir protsessor faqat bitta ma'lumotlarni uzatish va qabul qilish operatsiyasida ishtirok etishi mumkin, u holda faqat protsessorlarning o'zaro ta'sir qiluvchi juftlari kesishmaydigan aloqa operatsiyalari parallel ravishda bajarilishi mumkin.

Plaksin M.A.

Milliy tadqiqot universiteti Iqtisodiyot oliy maktabi (Perm filiali), Perm, f.f.d., Biznesda axborot texnologiyalari kafedrasi dotsenti, mapl @ ro'yxati. ru

"SUPER KOMPYUTERLAR" VS "PARALLEL DASTURLASH". "PARALLEL DASTURLASHTIRISH" VS "QO'G'ROQ FAOLIYAT". O‘RTA TA’LIM MAKTABDA “PARALLEL HISOBIYOTLAR” MAVZUSI QANDAY O‘RGANISH?

KALİT SO'ZLAR

Informatika, parallel dasturlash, parallel hisoblash, parallel algoritmlar, superkompyuterlar, boshlang'ich maktab, o'rta maktab, TRIZformashka.

ANNOTATSIYA

Maqola maktab informatika kursiga "parallel hisoblash" mavzusini kiritish masalasiga bag'ishlangan. Bunda yuzaga keladigan bir qator muammolar tilga olinadi, mavzuni o‘rganishdan maqsad, material tanlash, o‘qitish metodikasi bo‘yicha ayrim takliflar, taklif etilayotgan metodikani sinovdan o‘tkazish mexanizmlari va to‘plangan tajribalar ko‘rib chiqiladi. Ushbu materialning o'quv rejasidagi o'rni masalasiga tegilmaydi