№1

1. Основные методы повышения производительности вычислительных систем.

2. Уровни иерархии стандарта RapidIO.

3. Клиент-серверный механизм взаимодействия в системах MPMD. Локальный и удалённый вызовы.

1.Факторы влияющие на производительность.

Имеются два фактора, ограничивающие производительность:

1. Надежность

2. Потребление питания

На производительность влияют такие факторы как:

1. Частота (чем больше частота, тем больше производительность)

2. Число выполненных инструкцией затрат.

Например, МОПС – миллионов операций в секунду для целочисленных значений

ФОПС - операции с плавающей запятой.

Целочисленные значения хуже параллелятся, но без них невозможно определить производительность.

3. Операции, которые выполняет сам микропроцессор

4. Выполнение определенных функций под выделенные задачи (телекоммуникационные, графические и т.д.)

2.Иерархия RapidIo

Прогресс в области компьютерной техники был обязан не только развитию микропроцессоров и оперативной памяти, но и методов передачи потока данных между ними. В последние годы увеличение разрядности и тактовой частоты в совокупности с уменьшением конструкции, давался все труднее и затратнее. В 2002 году компания Intel внедрила коммутационную структуру последовательного типа (КСПТ) PCI Express. RapidIO является одной из самых проработанных КСПТ и представляет собой технологию быстрого ввода\вывода.

Существует 3 уровня иерархии RapidIO

1. Физический (соответствует канальному + физическим уровням; 7 уровней модели ISO/OSI)

2. Транспортный соответствует сетевому уровню ISO/OSI

3. Сетевой уровень соответствует транспортному уровню ISO/OSI

Сетевой уровень: передача сообщений, передача I/O, глобальный раздел памяти

Транспортный уровень: организация пакетов

Физический уровень:

а) параллельный RIO, отдельный CLK [Предназначен для обмена внутри платы и между модулями; уже мало используется]

б) последовательный RIO, восстановляющийся CLK

3.Программное обеспечение параллельных компьютеров.

Система управления ресурсами вычислительных машин делится на переносимые и непереносимые.

Параллельные вычислители могут использовать 2 модели: SPMD и MPMD.

В модели MPMD реализуется клиент-серверный механизм.

Клиент – это процесс, вызывающий вычисления.

Сервер –это процесс реализации вычисления.

При локальном обмене программа передает параметры непосредственно в вычислительное устройство и получает результат через стэк или общую память.

При передачи параметров они запаковываются заглушкой клиента и извлекаются заглушкой сервера.

Передача в коммуникационную среду и передача от заглушки сервера к заглушке клиента, который рассматривает данные как параллельный возврат из процедуры.

В этом случае клиент и сервис независимы от коммуникационной среды.

№2

1. Основные ограничения повышения производительности микропроцессоров (МП).

2. Основные характеристики стандарта RapidIO.

3. Программное обеспечение параллельных компьютеров. Система управления ресурсами. Системы SPMD и MPMD.

1. Существует два основных фактора, ограничивающих производительность МП: низкая надёжность и высокая потребляемая мощность P. P~f*E^2, где f – тактовая частота, Е – напряжение питания. Рост тактовых частот ядра МП ограничен его тепловыделением. Надежность: с уменьшением проектных норм уменьшается напряжения питания, следовательно, необходимо повышать требования к качеству питания и уменьшать разброс порогов логических уровней. Так же уменьшаются толщины диэлектриков в интегральных схемах (как результат, повышаются токи утечки); снижаются величины паразитных зарядов; с увеличением количества элементов увеличивается вероятность сбоя микросхемы и т.д.

2. [Можно не писать, но желательно быть в курсе: RAPIDIO – коммутационная структура последовательного типа (КСПТ), т.е. система с внутренней сетью, соедин. обслуживаемые устройства так, чтобы передавать данные по сети с максимально возможной скоростью. Информация передается в виде пакетов данных, сигналов, сообщений и уведомлений. В заголовках пакетов и сообщений содержится информация для их идентификации, маршрутизации на внутренней сети, обработки в точке приема с обнаружением ошибок и повторной передачей для окончательного безошибочного приема. Передача может проводиться и в скоростном потоковом режиме, но без повторения в случае возникновения]

Характеристики:

- три уровня: сетевой (описывает систему ввода-вывода, передачу

пакетов/сообщений, глобальную память с разделением ресурсов, организацию и управление потоками данных; соответствует транспортному уровню ISO/OSI), транспортный (описывает общую организацию транспорта пакетов; соответствует сетевому уровню ISO/OSI) и физический (соответствует канальному и физическому уровню ISO/OSI; описывает параллельную (отдельный CLK) 8-/16-разрядную передачу пакетов данных, последовательную (восст. CLK) передачу 1х/4х (однополосную/четырехполосную) с использованием XAUI-совместимого электрического интерфейса, работающ. на частоте 1,25; 2,5; 3,125; 5; 6,25; 12,5 ГГЦ).

- возможны два типа систем, работающие на стандарте RIO: малые (до 256 устройств) и большие (до 64к устройств)

Основные требования к системе RapidIO:

· высокая производительность, обслуживание множества ОЭ(обрабатывающих элементов)/МП;

· наличие общей памяти, прямой доступ к памяти (канал ПДП) и возможность распределенной обработки;

· прямое одноранговое взаимодействие между элементами системы;

· поддержка различных операционных систем (ОС);

· поддержка различных топологий (с использованием механизмов анализа состояния маршрутов и организацией резервных путей);

· независимость передачи от ширины полосы и задержки физической структуры;

· возможность организации мультикастинга (передачи типа "точка-многоточка");

· высокая надежность (автоматический повтор передачи и синхронизация устройств, обработка ошибок на системном уровне);

· управление качеством обслуживания (QoS).

3. Параллельные вычислительные системы — это физические компьютерные, а также программные системы, реализующие тем или иным способом параллельную обработку данных на многих вычислительных узлах. ПО бывает нижнего уровня (как BIOS, набор команд, этот набор не носит временного характера, а находится в постоянной памяти компьютера) и верхнего(все остальные программы, языки программирования более сложные, программы верхнего уровень не могут работать без программ нижнего уровня), переносимое (ПО, которое будучи разработано и протестировано для одного компьютера, будет пригодно и для других компьтеров) и непереносимое. Любой уровень должен поддерживать средства отладки. Методы параллельного программирования: PVM(parallel virtual machine), MPI (Message Passing Interface).  классификации схем функционирования параллельных компьютеров: SPMD (Single-Program, Multiple-Data — одна программа, несколько потоков данных) и MPMD (Multiple-Programs, Multiple-Data — множество программ, множество потоков данных) соответственно. Схема SPMD позволяет нескольким процессорам выполнять одну и ту же инструкцию или программу при условии, что каждый процессор получает доступ к различным данным. Схема MPMD позволяет работать нескольким процессорам, причем все они выполняют различные программы или инструкции и пользуются собственными данными. Таким образом, в одной схеме все процессоры выполняют одну и ту же программу или инструкцию, а в другой все процессоры выполняют различные программы или инструкции. В MPMD реализован клиент-серверный механизм (основной метод распределенного программирования). Клиент – процесс, вызывающий вычисления, сервер – процесс, реализующий вычисления. При локальном обмене программа передает параметры процедуры непосредственно в вычислительное устройство и получает результат через стэк или общую память. При передаче параметры запаковываются заглушкой клиента и извлекаются заглушкой сервера. Не уверена насчет этой фразы: Клиент и сервер независимы от коммуникационной среды, если при передаче от заглушки сервера к заглушке клиента, клиент рассматривает данные как нормальный возврат из процедуры.

Билет №3.

1. Методы снижения энергопотребления цифровых КМОП СБИС.

2. Пакеты и символы контроля стандарта Rapid IO. Последовательность формирования пакетов запроса и ответа.

3. Совмещение синхронизации асинхронного сигнала с условием его прохождения. Нарисовать принципиальную схему для условия ai x bi =12 (a, b – байты, разряды I = 1,2…8, х-операция И).

1. Методы снижения энергопотребления цифровых КМОП СБИС.

Причины высокого электропотребления:

а) Рассеивание энергии из-за токов утечки в статическом режиме.

б) Рассеивание энергии при протекании токов в динамическом режиме.

в) Энергия формирования логических состояний элементов.

Статическое потребление: определяется суммарными токами утечки транзисторов при отсутствии тактируемых сигналов. Этим можно пренебречь при нормах проектирования > 0.1 мкм. Снижение достигается за счёт создания специальной библиотеки на основе транзисторов с разными порогами переключения. При нормах проектирования 45 нм статическое потребление примерно равно динамическому потреблению.

Динамическое потребление: Р ~ C * V² * f (P-мощность, С-ёмкость, V–напр. питания, f-частота)

1. ↓ V (пример: 65 нм. - 1-1.2 В). 2. ↓ С – использование SOI – КНИ. 3. ↓ f:

3.1 В конвейерных процессорах вставляются такты ожидания. Power DC – на кристалл ставятся термодатчики. Они фиксируют превышение t кристалла и происходит добавление 1 такта ожидания при обращении в кэш-память. ↓ быстродействие, ↓ и потребляемая мощность.

3.2 ↓ частоты блоков нефункционирующих на протяжении некоторого отрезка времени.

3.3 Использование разных частот для разных блоков.

4. «Пережимание» Сlock (gated clock – подход к построению схем с контролем за подачей тактового сигнала).

5. Средствами САПР:

-оптимизация расстановки -оптимизация нагрузки -отключение блоков

-оптимизация по входу -gated clock -создание более сложных элементов

-обратимая логика (исключает возможность изменения состояния)

- адиабатическая схема (запрет сквозных токов при переключении)

6. Самосинхронная схемотехника.

2. Пакеты и символы контроля стандарта Rapid IO. Последовательность формирования пакетов запроса и ответа.

Пакет запроса:

Предыдущий пакет

S

AckID

rsrv

^S

rsrv

Prio

TT

Ftype

Адрес приёмника

Адрес источника

Транзакция

Размер

TID источника

Devise offset Address

Optional Data Payload

CRC

Следующий пакет

Пакет ответа:

Предыдущий пакет

S

AckID

rsrv

^S

rsrv

Prio

TT

Ftype

Адрес приёмника

Адрес источника

Транзакция

Статус

TID приёмника

Optional Data Payload

CRC

Следующий пакет

S – "0" – для пакетов запроса/отклика, "1" – для символов управления;

ackID – идентификатор подтверждения приема/квитирования пакета, посланный отправителю;

rsrv – резервное поле. prio – биты указателя приоритета. CRC – поля контроля ошибок (8 байтов).

ТТ и ftype – транспортный и логический заголовки пакета.

Управляющие символы – это элементы сообщений, используемых портами, связанными последовательным звеном, для управления всеми этапами его работы. С их помощью управляют звеном, сообщениями об ошибках, устанавливают границы пакетов и устраняют ошибки.

Формат полей заголовка управляющего символа:

S

AckID

rsrv

^S

rsrv

Bus_status

stype

buf_status – 4 бита, определяющие число доступных пакетных буферов в принимающих устройствах;

s type – тип символа управления;

3.Совмещение синхронизации асинхронного сигнала с условием его прохождения. Нарисовать принципиальную схему для условия ai x bi =12 (a, b – байты, разряды I = 1,2…8, х-операция И).

Пояснения к рисунку: инверсия стоит на всех разрядах, кроме тех что должны быть 1 (3 и 4 биты).

Билет #4