Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha

To'rt asosiy saqlash darajasi mavjud.

• 
  Ichki – Protsessor registrlari va kesh.
  
• 
  Asosiy - tizim Ram va nazorat kartalari.
  
• 
  On-layn ommaviy saqlash - Ikkinchi darajali saqlash.
  
• 
  Off-line ommaviy saqlash - uchinchi va off-line saqlash.
  

Bu umumiy xotira ierarxiyasining tuzilishi. Boshqa ko'plab tuzilmalar foydali. Masalan, disk xotira algoritmi uchun daraja sifatida qaralishi mumkin virtual xotira loyihalashda a kompyuter arxitekturasi, va biriga darajani kiritish mumkin yaqin vaqt ichida saqlash onlayn va oflayn saqlash o'rtasida bo’ladi.


Nazorat savollari

1. 
   Komyuter xotirasi turlari
   
2. 
   Tezkor xotiraning vazifasi nima?
   
3. 
   Xotira iyerarxiyasini tushuntiring?
   

6-Ma’ruza. Xotira ierarxiyasi, xotiraga bir xil bo’lmagan ruxsatlilik tizimlari (NUMA)
Reja:
1. Xotira ierarxiyasi
2. Xotiraga bir xil bo’lmagan ruxsatlilik tizimlari (NUMA)
Tayanch iboralar: xotira ierarxiyasi, bir xil bo’lmagan xotira, NUMA. Protsessorlar har doim xotiraga nisbatan tez ishlagan. Protsessorlar ham, xotira ham parallel ravishda takomillashtirilib kelinmoqda. Konveyerli va superskalyar arxitekturali, unumdorligi juda katta bo‘lgan protsessorlar ishlab chiqarilmoqda. Xotira qurilmalarini ishlab chiqaruvchilar esa birinchi galda, uning hajmini oshirishga harakat qilmoqdalar, tezkorligini emas. Shuning uchun ham protsessorlar va xotiralarning ishlash tezliklari orasidagi farq yana ham kattalashmoqda. Tezliklarning bunday farqlari tufayli, protsessor xotiraga unga kerakli so‘zni o‘qib olish uchun murojaat qilganida, bir nechta mashina sikllarini bekor o‘tkazib yuborishiga to‘g‘ri kelayapti. Xotira protsessorga nisbatan qanchalik sekin ishlasa, shunchalik ko‘proq sikllar davomida protsessor uni kutib turishi kerak bo‘layapti.
Bu muammoni hal qilishning bir nechta yo‘llari mavjud ekan. Shulardan biri, uncha katta bo‘lmagan hajmga ega, ammo nisbatan ancha tez ishlaydigan, protsessor bilan asosiy xotira orasida joylashgan xotiradan foydalanish ekan (6.1-rasm). Bunday xotira kesh-xotira deb ataladi («cacher» – fransuz tilida «yashirish» degan so‘zni anglatadi). Keshxotirada dastur tomonidan ko‘p ishlatiladigan so‘zlar yoki asosiy xotiraning ma’lum bir qismi saqlanadi. Asosiy xotiraning bu qismi, o‘sha paytda ishlayotgan dastur tomonidan ko‘proq foydalanilishi mumkin bo‘lgan qismi bo‘ladi. Bu lokallik tamoili deb ataladi (rus tilida – принцип ло- кальности).

6.1-rasm. Kesh-xotira joylashgan o‘rni.
Buyruqlar va ma’lumotlarni qanday saqlanishiga qarab kesh xotiraning ikki xili mavjud. Buyruqlar ham, ma’lumotlar ham birgalikda saqlanadigan kesh-xotira birlashtirilgan kesh-xotira deb ataladi (rus tilida -объединенная кэш-память). Buyruqlar alohida, ma’lumotlar alohida saqlanadigan kesh-xotira esa alohida ajratilgan kesh-xotira deb ataladi (rus tilida – разделенная кэш-память). Hozirgi kompyuterlarda ko‘proq alohida ajratilgan kesh-xotiradan foydalanilmoqda.
Umumiy xotira jarayonlar o'rtasida ma'lumotlar almashinuvining eng tez vositasidir. Boshqa jarayonlararo aloqa vositalarida (IPC) jarayonlar o'rtasida axborot almashinuvi yadro orqali o'tadi, bu jarayon va yadro o'rtasida kontekstni almashtirishga olib keladi, ya'ni. unumdorlik yo'qotishlariga. Umumiy xotira texnikasi yadro tizimi chaqiruvlaridan foydalanmasdan jarayonlar uchun umumiy xotira segmenti orqali axborot almashish imkonini beradi. Umumiy xotira segmenti jarayonning virtual manzil maydonining bo'sh qismiga ulanadi. Shunday qilib, ikkita turli jarayon ulangan umumiy xotiraning bir yacheykasi uchun turli manzillarga ega bo'lishi mumkin. Umumiy xotira segmentini yaratgandan so'ng, har qanday foydalanuvchi jarayoni uni o'zining virtual maydoniga biriktirishi va u bilan oddiy xotira segmenti kabi ishlashi mumkin. Ushbu ma'lumot almashinuvining kamchiliklari sinxronizatsiya vositalarining etishmasligidir, ammo bu kamchilikni bartaraf etish uchun siz semafor texnikasidan foydalanishingiz mumkin.
NUMA (inglizcha Non-Uniform Memory Access “nounformed memory access” yoki Non-Uniform Memory Architecture “bir xil bo’lmagan xotiraga ega arxitektura”) xotiraga kirish vaqti uning joylashuvi bilan aniqlanganda ko’p protsessorli tizimlarda foydalaniladigan kompyuter xotirasini amalga oshirish. NUMA tizimlari asosiy xotira modullari bo'lgan oz sonli protsessorlarni o'z ichiga olgan bir hil asosiy tugunlardan iborat. Deyarli barcha protsessor arxitekturalari tez-tez kerakli ma'lumotlarga kirishni tezlashtiradigan kesh deb nomlanuvchi kichik hajmdagi juda tez ulashilmagan xotiradan foydalanadi. NUMA-da umumiy xotira bo'ylab muvofiqlikni qo'llab-quvvatlash muhim ishlash ustunligini taqdim etadi. Xotiraga kirish imkoni bo'lmagan NUMA tizimlarini loyihalash va qurish osonroq bo'lsa-da, klassik fon Neyman arxitektura modelida bunday tizimlar uchun dasturlarni yozish juda qiyin bo'ladi. Natijada, sotuvda mavjud bo'lgan barcha NUMA kompyuterlari kesh uyg'unligiga erishish uchun maxsus apparat echimlaridan foydalanadi va kesh-kogerent taqsimlangan umumiy xotira tizimlari yoki ccNUMA sifatida tasniflanadi. Odatda, bir nechta kesh bir xil xotira joyini saqlaganida, izchil xotira namunasini (xotira muvofiqligi) saqlash uchun kesh-kontrollerlar o'rtasida protsessorlararo aloqa mavjud. Shuning uchun ccNUMA platformalari ketma-ket bir nechta protsessorlar bir xil xotira blokiga kirishni so'raganda, ish faoliyatini yo'qotadi. NUMA-ni qo'llab-quvvatlaydigan operatsion tizim protsessorlar va xotirani qayta taqsimlash orqali ushbu turdagi kirish so'rovlarining chastotasini poygalar va blokirovkalardan saqlaydigan tarzda kamaytirishga harakat qiladi. ccNUMA arxitekturasiga ega ko'p protsessorli mashinalarga misol Silicon Graphics SGI Origin 2000 (ingliz tili) dan bir qator mashinalardir. ASCI Blue Mountain superkompyuteri - 1999 yilning eng kuchli superkompyuterlaridan biri - har birida 128 protsessorga ega 48 ta SGI Origin 2000 mashinasidan iborat massiv parallel klaster edi. Tizim oz sonli protsessorlar va xotira blokidan iborat bir xil asosiy modullardan (platalar) iborat. Modullar yuqori tezlikdagi kalit yordamida ulanadi. Yagona manzil maydoni qo'llab-quvvatlanadi, masofaviy xotiraga kirish apparat tomonidan qo'llab-quvvatlanadi, ya'ni boshqa modullarning xotirasiga. Bundan tashqari, mahalliy xotiraga kirish masofaviy xotiraga qaraganda bir necha baravar tezroq. Agar apparat butun tizimdagi keshlarning uyg'unligini qo'llab-quvvatlasa (odatda shunday bo'ladi), ular cc-NUMA arxitekturasi (kesh-kogerent NUMA) haqida gapirishadi. Misollar: SCA konfiguratsiyalarida HP 9000 V-sinf, SGI Origin2000, Sun HPC 10000, IBM / Sequent NUMA-Q 2000, SNI RM600 va boshqalar. NUMA tizimlarining miqyosi manzil maydoni miqdori, kesh muvofiqligini qo'llab-quvvatlaydigan apparat imkoniyatlari va operatsion tizimning ko'p sonli protsessorlarni boshqarish qobiliyati bilan cheklangan. Hozirgi vaqtda NUMA tizimlarida protsessorlarning maksimal soni 256 ta (Origin2000). Operatsion tizim: Odatda butun tizim SMP da bo'lgani kabi bitta operatsion tizim ostida ishlaydi. Shu bilan birga, tizimning alohida "bo'limlari" turli xil operatsion tizimlar (masalan, NUMA-Q 2000 da Windows NT va UNIX) ostida ishlaganda tizimni dinamik ravishda "bo'linish" ham mumkin. NUMA katta SMP bo'lib, kichikroq va oddiyroq SMPlar to'plamiga bo'lingan. Uskuna tizimning tarkibiy qismlari (odatda tugunlar deb ataladi) asosiy xotirasining barcha individual qurilmalari bilan yagona ulkan xotira sifatida ishlash imkonini beradi. Bunday yondashuv bir qator oqibatlarga olib keladi. Birinchidan, tizimda barcha tugunlarga taqsimlangan bitta manzil maydoni mavjud. Shuning uchun asosiy masala NUMA ning "heterojenlik" darajasidir. Misol uchun, agar boshqa tugundan qiymat olish talab qilinsa faqat 10% uzoqroq, keyin u hech kimga zarar bermaydi. Bunday holda, har bir kishi tizimni SMP deb hisoblaydi va SMP uchun mo'ljallangan dasturlar juda yaxshi ishlaydi. Biroq, NUMA tizimlarining hozirgi avlodida tugunlarni ulash uchun tarmoq ishlatiladi. Bu tizimga ko'proq tugunlarni kiritish imkonini beradi, ba'zi tizimlarda jami 128 ta protsessor uchun 64 ta tugungacha mavjud. Umumiy va taqsimlangan xotiraga ega kompyuterlarning afzalliklari va kamchiliklari Umumiy xotiraga ega kompyuterlar uchun parallel dasturlar yaratish osonroq, lekin ularning maksimal unumdorligi protsessorlar sonining kamligi bilan keskin cheklangan. Taqsimlangan xotiraga ega kompyuterlar uchun esa buning aksi.Bir. Ushbu ikki sinfning afzalliklarini birlashtirishning mumkin bo'lgan yo'nalishlaridan biri NUMA (Non Uniform Memory Access) arxitekturasiga ega kompyuterlarni loyihalashdir.