Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha

Parallelizm turlari:
Bit darajadagi parallellik: Bu protsessor hajmining o'sishiga asoslangan parallel hisoblash shakli. Bu katta hajmli ma'lumotlarda vazifani bajarish uchun tizim bajarishi kerak bo'lgan ko'rsatmalar sonini kamaytiradi. Misol: 8 bitli protsessor ikkita 16 bitli butun sonlarning yig'indisini hisoblashi kerak bo'lgan stsenariyni ko'rib chiqing. Dastlab 8 ta pastki tartibli bitni jamlashi kerak, so'ngra 8 ta yuqori tartibli bitni qo'shib, operatsiyani bajarish uchun ikkita ko'rsatma kerak. 16 bitli protsessor operatsiyani faqat bitta ko'rsatma bilan bajarishi mumkin. Ko'rsatma darajasidagi parallellik: protsessor har bir soat tsikli fazasi uchun faqat bittadan kam ko'rsatmaga murojaat qilishi mumkin. Ushbu ko'rsatmalarni qayta buyurtma qilish va guruhlash mumkin, ular keyinchalik dastur natijasiga ta'sir qilmasdan bir vaqtda bajariladi. Bunga ko'rsatma darajasidagi parallellik deyiladi.
Vazifa paralelligi: Vazifa parallelligi vazifani pastki topshiriqlarga ajratib, so'ngra har bir kichik topshiriqni bajarishga ajratishni qo'llaydi. Protsessorlar bir vaqtning o'zida pastki vazifalarni bajaradilar.
PVP-tizimlarining asosiy xususiyati - bu mustaqil ma'lumotlar vektorlarini samarali qayta ishlashning bir xil turi uchun buyruqlarni ta'minlaydigan maxsus vektor-quvur protsessorlarining mavjudligi.konveyerning funktsional qurilmalarida to'ldirilgan. Qoida tariqasida, ushbu protsessorlarning bir nechtasi (1-16) ko'p protsessorli konfiguratsiyalarda umumiy xotira (SMP ga o'xshash) bilan bir vaqtda ishlaydi.
Bir nechta tugunlarni kalit yordamida ulash mumkin (MPP ga o'xshash). Vektor formatida ma'lumotlarni uzatish skaler formatga qaraganda ancha tezroq bo'lgani uchun (maksimal tezlik 64 GB / s bo'lishi mumkin, bu skalyar mashinalarga qaraganda 2 daraja tezdir), keyin parallelizatsiya paytida ma'lumotlar oqimlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir muammosi ahamiyatsiz bo'ladi. Va nima yomon parchalanib ketgan skalyar mashinalarda parallellashadi, vektorli mashinalarda yaxshi parallellashadi. Shunday qilib, PVP-arxitektura tizimlari umumiy maqsadli mashinalar bo'lishi mumkin. Biroq, vektor protsessorlari juda qimmat bo'lgani uchun, bu mashinalarni ommaga taqdim etib bo'lmaydi.
Uchta eng mashhur PVP arxitektura mashinalari:
1. CRAY X1, SMP arxitekturasi. Standart konfiguratsiyadagi eng yuqori tizim ishlashi o'nlab teraflops bo'lishi mumkin.

20.1-rasm. CRAY X1
2. NEC SX-6, NUMA arxitekturasi. Tizimning eng yuqori ishlashi 8 Tflopsga yetishi mumkin, bu bitta protsessor - 9,6 Gflops. Tizim bitta operatsion tizim tasviridan 512 tagacha protsessorni o'lchaydi.
3. Fujitsu-VPP5000 (vektorli parallel ishlov berish), MPP arxitekturasi. Bitta protsessorning ishlashi 9,6 Gflops, eng yuqori ko'rsatkich tizimning ishlashi 1249 Gflops ga yetishi mumkin, maksimal xotira hajmi 8 TB. Tizim 512 tugungacha o'lchaydi.

20.1-rasm. Fujitsu-VPP5000
PVP tizimlarida dasturlash paradigmasi pastadir vektorizatsiyasini (oqilona ishlashga erishish uchun) ta'minlaydi bitta protsessor) va ularni parallellashtirish (bir dastur tomonidan bir nechta protsessorlarni bir vaqtning o'zida yuklash uchun).
Amalda quyidagi tartiblarni bajarish tavsiya etiladi:
• masalani matritsa shakliga aylantirish uchun qo‘lda vektorlashtirishni amalga oshiring. Bunday holda, vektor uzunligiga mos ravishda, o'lchamlar
matritsalar 128 yoki 256 ga karrali bo'lishi kerak;
• virtual fazoda vektorlar bilan ishlash, kerakli funksiyani qatorga kengaytirish va qatordagi atamalar sonini 128 yoki 256 ga karrali qoldirish.
Katta jismoniy xotira (terabaytning bir qismi) tufayli PVP tizimlaridagi yomon vektorizatsiya qilinadigan vazifalar ham kompyuterlarda tezroq hal qilinadi.
Kompyuter protsessorlari arxitekturasining rivojlanish tarixida ikkita asosiy bosqichni ajratish mumkin:
1-bosqich -protsessorlarning soat chastotasini oshirish (2000 yilgacha);
2-bosqich -ko'p yadroli protsessorlarning paydo bo'lishi (2000 yildan keyin).
Shunday qilib, SMP (Symmetrical MultiProcessing) ga asoslangan yondashuv, unda bir nechta protsessorlar tizim resursini baham ko'radigan va birinchi navbatda operativ xotira bilan ishlaydigan yuqori samarali serverlarni qurishda ishlab chiqilgan bo'lib, ichki yadrolar darajasiga "pastga" o'tdi. protsessor.
Ko'p yadroli protsessorlar yo'lida birinchi bo'lib Hyper-Threading texnologiyasi birinchi bo'lib 2002 yilda Intel Pentium 4 protsessorlarida taqdim etilgan:

20.3-rasm. Hyper-Threading texnologiyasi

Ushbu texnologiyada ikkita virtual protsessor bir fizik protsessorning barcha resurslarini, ya'ni keshlarni, ijro etuvchi quvur liniyasini va individual ijro birliklarini bir-biri bilan bo'lishadi. Bundan tashqari, agar bitta virtual protsessor umumiy resursni egallagan bo'lsa, ikkinchisi uning chiqarilishini kutadi. Shunday qilib, Hyper-Threading-ga ega bo'lgan protsessorni unda ishlaydigan har bir jarayonni to'liq vositalar to'plami bilan o'z virtual kompyuteri bilan ta'minlaydigan va fizikaviy apparatda ushbu jarayonlarning tartibi va vaqtini rejalashtiradigan ko'p vazifali operatsion tizim bilan taqqoslash mumkin. Faqatgina Hyper-Threading holatida, bularning barchasi ancha past darajada bo'ladi. Shunga qaramay, ikkita buyruqlar oqimi protsessorning ijro etuvchi qurilmalarini yanada samarali yuklashga imkon beradi. Hyper-Threading texnologiyasidan foydalanish natijasida protsessor ishlashining real o'sishi 10 foizdan 20 foizgacha baholanmoqda.

To'liq quvvatli ikki yadroli protsessor (20.2-rasmga qarang) ba'zi vazifalar bo'yicha ishlash samaradorligini 80 dan 100 foizgacha namoyish etadi.

20.4-rasm. Ikki yadroli protsessor
Shunday qilib, ikki yadroli va umuman ko'p yadroli protsessorni miniatyura SMP tizimi sifatida ko'rish mumkin, bu murakkab va qimmat multiprotsessorli anakartlardan foydalanishni talab qilmaydi.
Bundan tashqari, har bir yadro (masalan, Intel Pentium Extreme Edition 840 protsessorida) Hyper-Threading texnologiyasini qo'llab-quvvatlashi mumkin va shuning uchun bunday ikki yadroli protsessor bir vaqtning o'zida to'rtta dasturni bajarishi mumkin.
2007 yil boshida Intel Teraflops Research Chip
(http://www.intel.com/research/platform/terascale/teraflops.htm) deb nomlangan 80 yadroli, bitta chipli protsessorni taqdim etdi. Ushbu protsessor minimal yadro soat tezligi 3,16 gigagerts va 0,95 V kuchlanishda 1,01 teraflop ishlashga erishishi mumkin. energiya sarfi chip faqat 62 vatt.
Intel keyingi 5 yil ichida ko'proq yadroli protsessorlarning tijorat versiyalari paydo bo'lishini tahmin qilmoqda va 2010 yilga kelib etkazib beriladigan serverlarning to'rtdan bir qismi teraflopga ega bo'ladi ishlash.