Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha

Nazorat savollari

1. 
   Parallellik darajasini baholash
   
2. 
   Amdal qonuni
   
3. 
   Parallelizatsiya samaradorligi
   

23-Ma’ruza. Gustafson qonuni
Reja:
1. Parallel hisoblashlar
2. Gustafson qonuni
Tayanch iboralar: parallel hisoblashlar, Amdal qonuni, Gustafson qonuni.
Parallel hisoblashning bir turi hisoblash bu erda ko'plab hisob-kitoblar yoki bajarilish jarayonlar bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi. Katta muammolarni ko'pincha kichikroq muammolarga bo'lish mumkin, keyinchalik ularni bir vaqtning o'zida hal qilish mumkin. Parallel hisoblashning bir necha xil shakllari mavjud: bit darajali, ko'rsatmadarajasi, ma'lumotlar va vazifa parallelligi. Parallelizm uzoq vaqtdan beri ishlatilgan yuqori samarali hisoblash, ammo jismoniy cheklovlarning oldini olish tufayli keng qiziqish uyg'otdi chastota miqyosi. So'nggi yillarda kompyuterlar tomonidan elektr energiyasini iste'mol qilish (va natijada issiqlik ishlab chiqarish) tashvishga solmoqda. Parallel hisoblash inverktivparadigma bo'ldi kompyuter arxitekturasi shaklida, asosan ko'p yadrol iprotsessorlar. Parallel hisoblash bilan chambarchas bog'liq bir vaqtda hisoblash- ular tez-tez birgalikda ishlatiladi va ko'pincha bir-biriga qarama-qarshi bo'lib turadi, garchi ikkalasi bir-biridan farq qiladi: bir-biriga o'xshashlik siz parallellik bo'lishi mumkin (masalan, bit darajasidagi parallellik) va parallellik siz bir vaqtda (masalan, tomonidan ko'p vazifalarni bajarish kabi) vaqtni taqsimlash bitta yadroli protsessorda). Parallel hisoblashda hisoblash vazifasi odatda mustaqil ravishda qayta ishlanishi mumkin bo'lgan va natijalari tugagandan so'ng birlashtiriladigan birnechta, ko'pincha juda o'xshash kichik vazifalarga bo'linadi. Aksincha, bir vaqtda hisoblashda turli jarayonlar ko'pincha tegishli vazifalarni hal qilmaydi; ular qilganda, odatdagidek tarqatilgan hisoblash, alohida vazifalar har xil xarakterga ega bo'lishi mumkin va ko'pincha ba'zi birlarini talab qiladi jarayonlararo aloqa ijro paytida. Parallel kompyuterlar, taxminan, apparatlarning parallellikni qo'llab-quvvatlash darajasiga qarab tasniflanishi mumkin ko'p yadroli va ko'p protsessor bir nechta kompyuterlar ishlov berish elementlari bitta mashina ichida esa klasterlar, MPPlar va panjara bitta topshiriq ustida ishlash uchun bir nechta kompyuterlardan foydalaning. Ixtisoslashgan parallel kompyuter arxitekturalari ba'zida an'anaviy vazifalarni tezlashtirish uchun an'anaviy protsessorlar bilan birga qo'llaniladi. Ba'zi hollarda parallellik dasturchi uchun shaffof, masalan, bit darajasida yoki buyruq darajasidagi parallellikda, ammo aniq parallel algoritmlar, ayniqsa, paralellikdan foydalanadiganlarni yozishdan ko'ra qiyinroq ketma-ketbirlari,[7] chunki bir xillik potentsialning bir nechta yangi sinflarini taqdim etadi dasturiy ta'minotdagi xatolar, ulardan poyga shartlari eng keng tarqalgan. Aloqa va sinxronizatsiya turli xil kichik topshiriqlar orasida, odatda, dasturning optimal parallel ishlashini ta'minlash uchun eng katta to'siqlar mavjud. Nazariy yuqori chegara ustida tezlikni oshirmoq Parallellashtirish natijasida bitta dasturning qiymati Amdahl qonuni. An'anaga ko'ra, kompyuter dasturlari uchun yozilgan ketma-kethisoblash. Muammoni hal qilish uchun algoritm ko'rsatmalarning ketma-ket oqimi sifatida qurilgan va amalga oshirilgan. Ushbu ko'rsatmalar a-da bajariladi markaziy protsessor bitta kompyuterda. Bir vaqtning o'zida faqat bitta ko'rsatma bajarilishi mumkin – bubuyruq tugagandan so'ng keyingisi bajariladi. Chastotani o'lchash yaxshilanishining ustun sababi edi kompyuterning ishlashi 1980 yillarning o'rtalaridan 2004 yilgacha ish vaqti dasturning birbuyruq uchun o'rtacha vaqtga ko'paytirilgan ko'rsatmalar soniga teng. Har bir narsani doimiy ravishda ushlab turish, soat chastotasini ko'paytirish ko'rsatmani bajarish uchun o'rtacha vaqtni pasaytiradi. Shunday qilib chastotaning ko'payishi hamma uchun ish vaqtini pasaytiradi hisoblash bilan bog'langan dasturlar. Biroq, quvvat sarfi P chip tomonidan tenglama bilan berilgan P = C × V 2 × F, qayerda C bo'ladi sig'im soat tsikliga o'tish (kirishlari o'zgaradigan tranzistorlar soniga mutanosib), V bu Kuchlanish va F protsessor chastotasi (sekundiga tsikllar). Chastotaning ko'payishi protsessorda ishlatiladigan quvvat hajmini oshiradi. Protsessorning quvvat sarfini oshirish oxir-oqibat bunga olib keldi Inte l2004 yil 8 mayda uning bekor qilinishi Tejash va Jayxavk protsessorlar, bu odatda dominant kompyuter arxitekturasi paradigmasi sifatida chastota masshtabining oxiri sifatida keltirilgan. Elektr energiyasini iste'mol qilish va katta qizib ketish muammosini hal qilish markaziy protsessor (CPU yoki protsessor) ishlab chiqaruvchilar bir nechta yadroli energiya tejaydigan protsessorlarni ishlab chiqarishni boshladilar. Yadrop rotsessorning hisoblash birligidir va ko'pyadroli protsessorlarda har bir yadro mustaqil bo'lib, bir vaqtning o'zida bir xil xotiraga kira oladi. Ko'p yadroli protsessorlarga parallel hisoblash olib keldi ish stoli kompyuterlar. Bu 2020 yildan keyin odatdagi protsessor o'nlab yoki yuzlab yadrolarga ega bo'lishini anglatishi mumkin. Operatsion tizim mavjud bo'lgan yadrolarda turli xil vazifalar va foydalanuvchi dasturlarining parallel ravishda bajarilishini ta'minlashi mumkin. Biroq, ketma-ket dasturiy ta'minot dasturi ko'p yadroli arxitekturadan to'liq foydalanishi uchun dasturchi kodni qayta tuzishi va parallel qilishi kerak. Ilova dasturiy ta'minotining ishlash vaqtini tezlashtirish endi chastotalarni kattalashtirish orqali amalga oshirilmaydi, aksincha dasturchilar ko'p yadroli arxitekturalarning hisoblash quvvatining ortib borishi uchun o'zlarining dasturiy ta'minot kodlarini parallellashtirishlari kerak. Gustafson (ba'zan Gustavson) – Barsis qonuni bir vaqtning o'zida bajariladigan hisoblash oqimlari ("protsessorlar") soniga va ketma-ket hisoblashlar ulushiga qarab, parallel dastur bajarilishining maksimal erishish mumkin bo'lgan tezlashuvining tahminidir. Amdal qonunining analogi.
Gustafson – Barsis qonuni quyidagi formula bilan ifodalanadi:
$S\_p\; =\; g\; +\; (1-g)\; p\; =\; p\; +\; (1-p)\; g$, buerda
g – dasturdagi ketma-ket hisob-kitoblarning nisbati,
p – protsessorlar soni.
Tezlikni oshirishning bu taxminini masshtabli tezlik deb ataladi, chunki bu xususiyat ha lqilinayotgan muammolarning murakkabligi ortib borayotgani bilan parallel hisoblashlarni qanchalik samarali tashkil qilish mumkinligini ko'rsatadi. Gustafson (ba'zan Gustavson) – Barsis qonuni bir vaqtning o'zida hisoblash oqimlari ("protsessorlar") soniga va ketma-ket hisoblashlar ulushiga qarab, parallel dastur bajarilishining maksimal erishish mumkin bo'lgan tezlashuvining tahminidir. Parallelhisoblash – bu kompyuterda hisoblashni tashkil qilish usuli bo'lib, unda parallel (bir vaqtning o'zida) ishlaydigan o'zaro ta'sir qiluvchi hisoblash jarayonlari majmuasi sifatida dasturlar ishlab chiqiladi. Bitta protsessorda ikkita bajarilish chizig'iga ega bo'lgan jarayon ijrochi oqim (thread; from thread) operatsion tizim yadrosiga tayinlanishi mumkin bo'lgan ishlov berishning eng kichik birligidir. Gustafson (ba'zan Gustavson) – Barsis qonuni birvaqtning o'zida hisoblash oqimlari ("protsessorlar") soniga va ketma-ket hisoblashlar ulushiga qarab, parallel dastur bajarilishining maksimal erishish mumkin bo'lgan tezlashuvining tahminidir. Bitta protsessorda ikkita bajarilish chizig'iga ega bo'lgan jarayon ijrochi oqim (thread; from thread) operatsion tizim yadrosiga tayinlanishi mumkin bo'lgan ishlov berishning eng kichik birligidir. Gustafson qonuni. Amdaldan farqli o'laroq, bizda tezlikni oshirishning yuqori chegarasi yo'q. t s faqat tezlikni oshirishning qulayligini aniqlaydi.

Ikkita tasvir orasidagi zichpik sel yozishmalarini baholash nomuammosini ko'rib chiqadi. Bu muammo ConvNets (CNN) yaqinda sezilarli yutuqlarga erishgan optik oqimni baholash vazifasi bilan chambarchas bog'liq. Optik oqim usullari kichik pikselli translatsiya va cheklangan ko'rinishdagi o'zgarishlar uchun juda aniq natijalar beradi. Amdahl qonuni ham, Gustafson qonuni ham dasturning ketma-ket qismining ishlash vaqti protsessorlar soniga bog'liq emas deb hisoblaydi. Amdal qonuni barcha muammoniani o'lchamda bo'lishini nazarda tutadi, shuning uchun parallel ravishda bajariladigan ishlarning umumiy miqdori ham protsessorlarsonidan mustaqil, Gustafson qonunida esa bajariladigan ishlarning umumiy miqdori parallel ravishda amalga oshiriladi protsessorlar soniga qarab chiziqli ravishda o'zgaradi.

Nazorat savollari

1. Parallel hisoblashlar
2. Gustafson qonuni
3. Amdal qonunidan Gustafson qonuni nimasi bilan farq qiladi?