Вычислительные комплексы и системы

Параллельная обработка информации

Параллельная обработка информации – это совмещение во времени различных задач, либо частей одной задачи.

Типы параллелизма:

1. Естественный параллелизм независимых задач.

Независимые задачи: результаты или признаки, полученные при решении одной задачи, не влияющие на ход решения другой задачи.

1. Параллелизм независимых ветвей.

Наиболее распространен. При решении какой-то большой задачи можно выделить небольшие участки – ветви программы, которые независимы и могут обрабатываться параллельно.

Пояснения к следующему рисунку:

Х₅,Х₆ и другие – входная величина.

20, 30, 40, 50, 10, 15, 25 – длина ветви.

Y₁¹ – результат выполнений.

Y₂³ – выходной результат.

1. Параллелизм объектов или данных.

Имеет место, когда на одной и той же программе обрабатывается некая совокупность данных. Пример: атомный реактор и 10000 датчиков на нем.

1. Параллелизм конвейера.

Может быть реализован в системах с одним процессором, разделенным на некоторое число последовательно-включенных операционных блоков, каждый из которых настроен на выполнение своей части общей операцией.

Работа конвейера:

Когда i операционный блок выполняет i – ую часть j операции, предыдущий i-1 выполняет i-1 часть, предыдущую часть j+1 операции, i+1 выполняет i+1 часть j-1 операции.

Конвейер арифметических операций

a * 10^x + b * 10^y = c * 10 ^{x v y}

Т_БК = 400 Т_К = 560

n

T_БК = n ∑ t_i

i=1

T_К = (n + m - 1) τ_к

Вывод.

Эффективность конвейера тем выше:

- чем больше массив обрабатываемых данных;

- чем набольшее число операционных блоков разбит процессор.

Конвейер команд

Этапы выполнения команды:

1. Определение адреса команды (ОАК),(изменение счетчика команд).
2. Выборка команды (ВК), (в регистр команд из ячейки команды и кэш-памяти поступает код команды).
3. Дешифрация команды (ДКО).
4. Определение адреса операнда (ОАО).
5. Выборка операнда (ВО).
6. Арифметическая или логическая операция (АЛО).
7. Запись результатов (ЗР).

ОАК	К1	К2	К3	К4	К5	К6	К7	К8	К9	К10	…
ВК		К1	К2	К3	К4	К5
ДКО			К1	К2	К3	К4	К5
ОАО				К1	К2	К3	К4	К5
ВО					К1	К2	К3	К4	К5
АЛО						К1	К2	К3	К4	К5
ЗР							К1	К2	К3	К4

Эффективность конвейера тем выше, чем набольшее число этапов разбито выполнение команды. Наличие переходов, а особенно условных переходов, сразу нарушает работу конвейера, приводя его к холостым пробегам.

В современных конвейерах используется конвейеры команд и конвейеры арифметических операций.

Классификация систем обработки данных

Процесс решения задачи можно представить как воздействие некоторой последовательности команд на определенную совокупность данных, поэтому все системы можно разделить на четыре класса:

1) ОКОД

2) ОКМД

3) МКОД

4) ОКМД

Система ОКОД

Повышение производительности ОКОД:

1. Совмещение во времени различных этапов, независимых различных задач, то есть мультипрограммная обработка.
2. Расслоение памяти (интерливинг), кэширование АЗУ.
3. Обычным является использование конвейера команд и конвейера арифметических операций.

Система МКОД

Система ОКМД

Все АЛУ выполняют одну и ту же команду, но каждая наделена своими данными, которые, как правило, возникают из собственного локального ОЗУ.

МКМД

Может быть построен, как совокупность систем ОКОД и тогда его будут называть много машинным вычислительным комплексом, или по схеме и тогда будут называть многопроцессорным вычислительным комплексом.

ММВК используются для решения независимых или слабосвязанных задач, или для повышения надежности системы.

МПВК – единственные устройства, способные решать задачи с параллелизмом независимых ветвей.

ММВК

Различают с:

- косвенной связью;

- прямой связью;

- сателитной связью.

Косвенная связь

Связь осуществляется через ВЗУ в режиме общего работающего ящика. Используется для увеличения надежности системы:

1. Холодный резерв – резервная ЭВМ выключена и включается при отказе основной.

Информация в ВЗУ обновляется с некой периодичностью, поэтому резервная ЭВМ продолжит работу основной, вернувшись на шаг назад.

1. Горячий резерв – ЭВМ работают одинаково, но информация снимается только с одной из них.

ВЗУ используется для взаимного контроля.

1. При использовании 3 и более ЭВМ возможно их …..

Прямо связанные

Область применения та же, что и в косвенной, но расширены возможности комплекса.

ООЗУ – общее оперативное запоминающее устройство. По функциям аналогично ВЗУ, но работает много быстрее.

КПУ – канал прямого управления, который позволяет осуществлять взаимное управление.

В систему команд центральных серийных процессоров вводятся некоторые изменения и добавляются такие инструкции (например, HALL, WAIT), позволяю управлять работой процесса.

Однако, каждая из ЭВМ работает под управлением собственной операционной системы со всеми ….

АКК – адаптер канал канал. Связывает системные магистрали обеих ЭВМ. Для доступа “чужим” периферийным устройствам.

Сателитные ЭВМ

Определяющим является не структурная организация, а функциональная иерархическая соподчиненность машин. Существуют главные ЭВМ, выполняющие основную задачу и ряд сателитных ЭВМ, выполняющих:

- предварительную и сортировку информации;

- введение БД;

- управление удаленными каналами связи;

- поддержка файловой системы и т.д.

Назначение: увеличение производительности при некотором снижении надежности.

МПВК

Включают в себя две и более процессоров, имеющих общую оперативную память, периферийные устройства, каналы связи и т.п.. Объединенные средствами коммутации и работающими под управление общей операционной системы.

Операционные системы МПВК помимо обычных функций, выполняемых при мультипрограммной обработке, должны обеспечивать:

- динамическое распределение заданий и ресурсов между процессорами с учетом оптимизации загрузки всех процессоров;

- синхронизацию процессоров при решении разными процессами частей одной задачи;

- планирование работы системы;

- обработка конфликтных ситуаций.

Достоинства МПВК:

1. Высокая надежность за счет резервирования и динамической ренкофигурации системы.

2. Высокая производительность за счет гибкой реорганизации параллельных действий.

3. высокая экономическая эффективность за счет высокого коэффициента загрузки оборудований.

Недостатки:

1. Сложность топологии (перекрестные связи, большое число каналов ввода/вывода и т.п. приводят к удорожанию оборудования).

2. существует проблема защиты от взаимного влияния различных программ.

Лекция № 10

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: