З предмету: «Методи паралельних обчислень».
Тема: «Організація мультипроцесорних систем».
Зміст.
Класифікація обчислювальних систем.
- Система з одинарним потоком команд і одинарним потоком даних – SISD-система (single instruction, single data stream).
- Система з одинарним потоком команд і множинним потоком даних – SIMD-система (single instruction, multiple data stream).
- Система з множинним потоком команд і одинарним потоком даних – MISD-система (multiple instruction, single data stream).
- Система з множинним потоком команд і множинним потоком даних – MIMD-система (multiple instruction, multiple data stream).
Висновок.
Список використаної літератури.
Класифікація обчислювальних систем
Запропонована на початку 70-х років М. Флінном (М. Flynn) методика класифікації структур обчислювальних систем дотепер зберігає свою актуальність [FLYN72]. В основу класифікації покладені характеристики потоків команд і даних. Флінн запропонував розділити обчислювальні системи на чотири категорії.
Система з одинарним потоком команд і одинарним потоком даних – SISD-система (single instruction, single data stream). У такій системі єдиний процесор виконує єдиний потік команд і обробляє єдиний потік даних, що зберігаються в єдиному блоці пам'яті. До цієї категорії належать всі однопроцесорні системи.
Система з одинарним потоком команд і множинним потоком даних – SIMD-система (single instruction, multiple data stream). У такій системі є кілька однакових процесорів, що виконують команди з єдиного потоку команд. Кожен процесор зв'язаний зі своїм блоком пам'яті даних, і всі процесори паралельно обробляють свої дані по тому самому алгоритму. До цієї категорії належать векторні системи.
Система з множинним потоком команд і одинарним потоком даних – MISD-система (multiple instruction, single data stream). У такій системі єдиний потік даних проходить через кілька процесорів, кожний з яких виконує свою послідовність команд. Така структура дотепер не реалізована на практиці, хоча принципово вона дуже нагадує систему з конвеєрною обробкою, але цього разу на кожній робочій позиції вирішується своя задача, а не виконується етап обробки машинної команди.
Система з множинним потоком команд і множинним потоком даних – MIMD-система (multiple instruction, multiple data stream). У такій системі безліч процесорів одночасно виконують різні послідовності команд, обробляючи при цьому різні набори даних. До даної категорії відносяться ті обчислювальні системи, на яких ми і зосередимо увагу в цій главі.
У MIMD-системі використовуються процесори загального призначення, кожен з яких здатний виконувати весь набір команд, необхідний для перетворення даних. У свою чергу, MIMD-системи можна розділити за способом обміну інформацією між процесорами (рис. 1.1). Якщо всі процесори працюють з єдиним полем пам'яті, тобто кожний з них може одержати доступ до всіх команд, що зберігаються в пам'яті, і даних, то процесори обмінюються інформацією саме через спільну пам'ять. Такі системи отримали назву симетричних мультипроцесорних SMP-систем. Їх ми будемо розглядати в розділі 2. Процесори отримують доступ до спільної пам'яті через загальну магістраль або за допомогою системи з'єднань іншого типу, але відмінною характеристикою такого виду систем є те, що час доступу будь-якого процесора до будь-якої ділянки спільної пам'яті одинаковий. В останні роки з'явилися мультипроцесорні системи з приблизно такою ж організацією, але із змінним часом доступу до різних ділянок спільної пам'яті – так звані NUМА-системи (nonuniform memory access). Їх ми будемо розглядати в розділі 5.
Декілька однопроцесорних або SMP-систем можна об'єднати в багатомашинну систему або кластер. Зв'язок між компонентами в такій системі здійснюється або через спеціалізовані канали зв’язку, або через комунікаційні засоби локальної обчислювальної мережі.
На рис. 1.2 зображені варіанти структур обчислювальних систем, що відносяться до різних категорій відповідно до класифікації, зображеної на рис. 1. SISD-система (однопроцесорний комп'ютер) складається з пристрою керування (ПК), що направляє єдиний потік команд (ПК) у процесор (ПР) (рис. 1.2,а). Процесор обробляє єдиний потік даних (ПД), що виходить із блоку пам'яті (БП). У SIMD-системі як і раніше залишається один пристрій керування, але він направляє потік команд паралельно до декількох процесорів. Кожен процесор може мати у своєму розпорядженні блок локальної пам'яті (БЛП) (рис. 1.2,б), або всі вони можуть звертатися до єдиної пам'яті. У MIMD-системі є кілька пристроїв керування, що передають різні потоки команд у різні процесори. Така система може мати єдиний блок пам'яті для всіх процесорів (рис. 1.2,в), або кожен процесор може бути підключений до свого блоку пам'яті (рис. 1.2,г).
Висновок:При проектуванні симетричних, кластерних і NUMA-систем виникає досить багато специфічних проблем, що стосується фізичної організації, структури взаємних зв'язків, організації міжпроцесорного обміну, розробки операційних систем і технології програмування додатків. Нас насамперед будуть цікавити проблеми структурної організації, але ми торкнемося і проблеми проектування операційних систем.
Список використаної літератури.
1. B. Chapman, P. Mehrotra, H. Zima. Extending HPF for advanced data-parallel applications. IEEE Parallel and Distributed Technology, 1994.
2. B.M. Maggs, L. R. Matheson, R. E. Tarjan, Models of parallel computation: a survey and synthesis. HICSS, 1995.
3. D. Y. Cheng. A survey of parallel programming languages and tools. Moffett Field, 1993.
4. FreeBSD handbook. http://www.freebsd.org/handbook/index.html.
5. Gabriele Kotsis. Interconnection Topologies and Routing for Parallel Processing Systems. http://www.ani.univie.ac.at/~gabi/papers/in.ps.gz.
6. Ian Foster. Designing and Building Parallel Programs. Addison-Wesley, 1995.