8.Виды параллелизма. Параллелизм смежных операций.

Параллелизм смежных операций имеет место тогда, когда входные данные для текущих операций получены на более ранних этапах вычисления и построение вычислительных средств позволяет совместить выполнение нескольких операций, не связанных между собой выходными данными и результатами.

Локальная оптимизация программ состоит в том, что просматриваются несколько команд, которые должны выполняться подряд, и изменяется порядок следования некоторых из них, возможно, изменяются номера регистров и ячеек памяти, чтобы обеспечить максимально возможный параллелизм смежных операций.

В большинстве случаев показатель связности смежных операций зависит не столько от задачи, сколько от качества выполнения локальной оптимизации.

9. Модель задачи.

Модель задачи строится для сравнительного анализа структур параллельных ЭВМ. Поэтому она должна иметь достаточно общий характер и описывать только состав форм параллелизма и типов связей.

Как правило, любая модель задачи строится на основе анализа моделируемого класса задач. По результатам анализа проводится преобразование алгоритмов к параллельному виду. Исследуемый алгоритм можно представить в виде программы, состоящей из последовательности участков трех типов (рис.1.13):

- скалярных участков (СК);

- участков с параллелизмом независимых ветвей (ВТ);

- векторных участков (ВК).

Модель задачи – это совокупность параметров, характеризующих парал-лельную программу.

10. Уровни комплексирования устройств в вычислительных системах.

Для построения вычислительных систем необходимо, чтобы элементы или модули, комплексируемые в систему, были совместимы. Понятие совместимости имеет три аспекта: аппаратный, или технический, программный и информационный.

В создаваемых ВС стараются обеспечить несколько путей передачи данных, что позволяет достичь необходимой надежности функционирования, гибкости и адаптируемости к конкретным условиям работы. Сочетание различных уровней и методов обмена данными между модулями ВС в наиболее полной форме нашло свое выражение в универсальных суперЭВМ и больших ЭВМ. В этих машинах предусматривались следующие уровни комплексирования (рис.2.1):

1) прямого управления (процессор – процессор);

2) общей оперативной памяти;

3) комплексируемых каналов ввода-вывода;

4) устройств управления внешними устройствами (УВУ);

5) общих внешних устройств.

Уровень прямого управления служит для передачи коротких однобайт-ных приказов-сообщений. Процессор-инициатор обмена по интерфейсу прямого управления (ИПУ) передает в блок прямого управления байт-сообщение и подает команду «Прямая запись». У другого процессора эта команда вызывает внешнее прерывание. В ответ он вырабатывает команду «Прямое чтение» и записывает передаваемый байт в свою память. Затем принятая информация расшифровывается и по ней принимается решение. После завершения передачи прерывания снимаются и оба процессора продолжают вычисления по собственным программам.

Уровень общей оперативной памяти (ООП) является наиболее предпо-чтительным для оперативного взаимодействия процессоров.

Уровень комплексируемых каналов ввода-вывода. Обмен данными между ЭВМ здесь осуществляется с помощью адаптера «канал-канал» (АКК). Обычно сопрягаются селекторные каналы (СК) машин как наиболее быстродействующие, но можно сопрягать мультиплексные каналы (МК), а также селекторный и мультиплексный.

Уровень устройств управления внешними устройствами предполагает использование встроенного в устройство внешнего управления двухканального переключателя и команд «Зарезервировать» и «Освободить». Двухканальный переключатель позволяет подключать УВУ одной машины к селекторным каналам различных ЭВМ. По команде «Зарезервировать» канал-инициатор обмена имеет доступ через УВУ к любым накопителям на дисках (НМД) или на магнитных лентах (НМЛ). Обмен канала с накопителями продолжается до полного завершения работ и получения команды «Освободить». Лишь после этого УВУ может под-ключиться к конкурирующему каналу.

Пятый уровень предполагает использование общих внешних устройств. Для подключения отдельных устройств используется автономный двухканальный переключатель.

Различные уровни комплексирования и методы взаимодействия позволяют создавать самые различные структуры ВС.

11. Модель коллектива вычислителей.

Модель одного вычислителя легла в основу ЭВМ 1-3 поколения. Модель одного вычислителя, одним из вариантов которого является модель на основе принципов, сформулированных Фон Нейманом, за-ключает в себя принципиальное ограничение при реализации ее в ЦВМ.

Принципы модели одного вычислителя:

1) последовательный принцип обработки;

2) фиксированность логической структуры;

3) конструктивная неоднородность.

Основной недостаток модели одного вычислителя заключается в наличии теоретического предела производительности вычислений, обусловленного конечной скоростью передачи информации между элементами модели при последовательном выполнении операций.

Модель коллектива вычислителей представляет собой формализа-цию процессов вычисления, которое выполняется коллективом вы-числителей при решении сложной задачи. Такая задача представляется совокупностью подзадач при сохранении всех информационных связей между ними.

Каждая подзадача решается одним вычислителем, который при необходимости получения или передачи информации для других под-задач обменивается ей с другими вычислителями. Все вычислители работают одновременно, параллельно выполняя свои функции.

Таким образом, коллектив вычислителей отображается совокуп-ностью вычислительных модулей, способных программно-аппаратным способом настраиваться на решение одной задачи, представленной параллельным алгоритмом (RISC, ПЛИС, НКС).

Модель коллектива вычислителей базируется на трех отличитель-ных от используемых принципах построения вычислительных средств в традиционной вычислительной технике.

Принципы:

1) Параллельность

процесс обработки информации представляется в виде совокупно-сти параллельно выполняемых частей вычислительного процесса

2) переменность

логическая структура вычислительных средств изменяется про-граммным путем в соответствии со структурой решаемой задачи

3) модульность (однородность)

вычислительное средство не специализируется конструктивно, а представляется в виде совокупности одинаковых модулей, одно-типным образом соединенных между собой.

Модель коллектива вычислителей состоит из вычислительных модулей, каждый из которых представляет собой ЭВМ на основе одного вычислителя. Вычислительный модуль объединяется в единый коллектив с помощью модулей системного интерфейса.

Совокупность вычислительного модуля и модуля системного ин-терфейса называется элементарной машиной (ЭМ).

Модули системного интерфейса представляют собой программи-руемые коммутаторы каналов связи между отдельными ЭВМ. Кроме того, модули системного интерфейса реализуют некоторый набор общепринятых операций, обеспечивающих как синхронные, так и асинхронные вычислительные процессы и позволяющих набору эле-ментарной машины работать в качестве единой системы.

Функционально полный набор системных операций включает в себя различные виды обмена информацией между ЭМ и обобщенными условными переходами.