Анализ работы многопроцессорных систем и обоснованность их применения в АСУ

Любогощинский А.А.

Анализ работы многопроцессорных систем

Содержание.

Содержание. 1

Общие сведения о многопроцессорных системах. 2

Перспективные многопроцессорные системы. 8

Систолические и волновые матрицы. 8

Матричные процессоры. 10

Вычислительная поверхность Meiko. 11

Гиперкуб, или двоичный N-куб. 15

Базовый элемент мультипроцессорных систем 18

с однотипными процессорами. 18

Достигаемая производительность. 21

Обоснованность применения многопроцессорных 24

систем в АСУ. 24

Список использованной литературы. 28

Общие сведения о многопроцессорных системах.

Традиционные архитектурные принципы построения ЭВМ, сформулированные фон Нейманом, использовались в неизменном виде свыше 40 лет. Основные из этих принципов следующие:

Наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации и память;

Линейная структура адресации памяти, состоящая из слов фиксированной длины;

Низкий уровень машинного языка;

Централизованное последовательное управление.

Возможности повышения скорости обработки в рамках фон-Неймановской архитектуры оказались исчерпанными из-за ограничений, определяемых последовательной выборкой команд и данных через общий интерфейс памяти. Для повышения производительности ЭВМ их архитектурные принципы должны будут претерпеть изменения, которые с наибольшей вероятностью выразятся во введении тех или иных видов параллелизма, имеющего целью преодоление узких мест фон-Неймановской архитектуры.

Известны четыре основных принципа реализации параллельной обработки, которые можно применить при проектировании новых систем.

Потоковая архитектура, управляемая потоками данных, которые передаются от источников к потребителям, будучи обозначены маркерами данных. Обработка имеет место при наличии всех входных данных (в отличие от фон-Неймановской архитектуры, в которой последовательность управления обычно определяется командами программы). Потоковая архитектура ориентирована на распараллеливание обработки, особенно для машин баз данных, концепции построения которых соответствуют японскому проекту ЭВМ пятого поколения.

Архитектура ОКМД, когда в ЭВМ одна и та же операция выполняется одновременно над различными данными. Большинство суперЭВМ представляют собой ОКМД-машины.

Архитектура МКМД, в которой объединяется множество независимых ЭВМ, каждая со своей памятью, способных одновременно выполнять несколько различных операций.

Архитектура МКМД, включающая множество подчиненных процессоров, которые могут быть по отдельности подключены к общей памяти с множественным доступом через коммутационную матрицу, управляемую ведущим процессором. Такая архитектура применена в экспериментальных мини-суперЭВМ.

Параллелизм может быть использован для повышения производительности ЭВМ на нескольких уровнях:

Между работами или фазами работы;

Между частями программы или в пределах циклов типа DO;

Между фазами выполнения команд;

Между элементами векторной операции или на уровне арифметических логических систем.

Категории a и b образуют рубрику, которая может быть названа классом параллельных ЭВМ, а разновидности c и d представляют собой более тонкие формы параллелизма, который иногда используется в блоках последовательной обработки и часто реализуется посредством конвейерных процессоров.

Основные архитектурные формы параллельных мультипроцессоров, которые используются в настоящее время, представлены ниже:

А
рхитектура с потоком управления, суть которой в том, что отдельный управляющий процессор служит для посылки команд множеству процессорных элементов, состоящих из процессора и связанной с ним памяти.

Архитектура с потоком данным, которая децентрализована в высокой степени и в которой параллельные команды посылаются вместе с данными во многие одинаковые процессорные элементы.

Архитектура с управлением по запросам, в которой задачи разбиваются на менее сложные подзадачи и результаты выполнения которых после обработки данных снова объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда ее результат оказывается нужным для другой активной команды.

Архитектура с управлением наборами условий, в которой задачи разбиваются на менее сложные подзадачи, результаты решения которых снова соединяются и дают окончательный результат. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда имеет место некоторый набор условий. Типичное применение такой архитектуры – распознавание изображений с использованием клеточных матриц процессорных элементов.

А
рхитектура, содержащая ЭВМ с общей памятью, в которой используется та или иная система межсоединений для объединения процессоров с памятью. Системы межсоединений могут быть конструктивно оформлены в виде шин, колей, кубов, кэшей (быстродействующих буферных ЗУ большой емкости) или матриц переключателей.

Архитектура с параллельными процессорами, в которо

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать