Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

Факультет: «Информатика и системы управления»

Кафедра: «Компьютерные системы и сети»

	УТВЕРЖДАЮ
Зав. каф. ИУ6,
д.т.н., проф. ________ Сюзев В.В. «_____» ________________ 2013 г.

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курсового проекта

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ НИТЕЙ ПО ПРОЦЕССОРАМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЗАДАННОЙ СТРУКТУРЫ

Вычислительные системы

Руководитель Ю.М. Руденко

Исполнители,

студ. гр. ИУ6-109 М.А.Гаврилова

Москва, 2013

Реферат

РПЗ 32 с., 5 табл., 22 рис., 6 источников, 7 прил.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, НИТИ, ГИПЕРКУБ, ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ.

Объектом проектирования является вычислительная система.

Цель курсовой работы – найти оптимальное время решения задачи в узлах вычислительной сети (ВС).

Для нахождения оптимального времени решения задачи необходимо разработать алгоритм распределения вершин информационного графа по процессорам заданной структуры вычислительной сети. В результате этого распределения, исходная задача, должна решаться за минимально возможное время на данной ВС. Число процессоров, при этом, должно быть минимизировано, с учетом обеспечения решения задачи за минимальное время.

Материалы по курсовому проекту представлены в виде расчетно-пояснительной записки.

Оглавление

Введение 5

1 Теоретическая часть 5

1.1 Понятие о современных вычислительных системах 5

1.2 Структура ВС типа «Обобщенный nD-куб» 7

2 Основные определения, необходимые для разработки алгоритма распределения программных модулей по вычислительным модулям вычислительной сети 7

3 Распределение операторов по ВМ вычислительной системы с распределенной памятью для информационно-логической граф-схемы 9

3.1 Построение матрицы следования ИЛГ 11

3.2 Определение ранних сроков окончания выполнения операторов 12

14

16

3.3 Распределение нитей на структуре типа обобщенный гиперкуб 18

Заключение 22

Список используемой литературы 23

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

ВС – вычислительная система,

ВМ – вычислительный модуль вычислитель,

ИЛГ – информационно-логическая граф-схема,

ИГ – информационная граф-схема.

Введение

В настоящее время тенденция использования многопроцессорных систем для обработки данных возрастает.

Для эффективного использования таких систем необходимо:

• преобразовывать последовательные алгоритмы обработки данных в параллельные;

• использовать специальные алгоритмы (планировщики), которые позволят распределить операторы параллельных алгоритмов по процессорам вычислительной сети.

По своей сути, планировщик является частью основного алгоритма и служит для обеспечения эффективного выполнения основного алгоритма в условиях конкретной ВС.

При этом алгоритмы-планировщики могут использовать различные критерии оптимизации. Критериями оптимизации могут быть следующие параметры:

• минимизация времени выполнения задачи;

• минимизация числа процессоров для заданного времени выполнения задачи;

• обеспечение максимальной эффективности использования процессоров ВС;

• и др.

Разработка планировщиков связана с рядом сложностей, таких как:

• анализ большого количества условий;

• рассмотрение множества различных ситуаций, которые возникают при распределении операторов по нитям и нитей по процессорам ВС;

• работа с большим количеством исходных данных.

Исходными данными для задач такого типа являются времена расчета отдельно взятых операторов, объем передаваемых данных между ними и время, необходимое для этих передач. Время, необходимое для передачи некоторого объема данных между двумя параллельно выполняемыми операторами определяется структурой конкретной ВС.

Разработка и совершенствование алгоритмов-планировщиков увеличит быстродействие обработки данных на многопроцессорных системах.

В данной работе рассматриваются способы представления граф-схемы для случайного алгоритма с заданными параметрами и методы отображения их на структуре ВС (гиперкубе).

Конфигурации граф-схем позволяют представить в удобной форме все существующие операторы последовательных языков программирования, а также представлять схемы обмена данными между ВМ. На базе граф-схем создаются различные схемы анализа параллельных алгоритмов: матрицы следования, множества взаимно независимых операторов, внешние и внутренние замыкания в граф-схемах, определения минимального количества ВМ, обеспечивающих минимальное время решения задачи, построение нитей в граф-схемах алгоритмов решаемой задачи, распределение нитей по ВМ и т.д.

1. Теоретическая часть

1. Понятие о современных вычислительных системах

Система, представленная множеством описаний W={K,A}, где K – описание конструкций ВС, А – описание алгоритма работы множества вычислительных модулей, называется вычислительной. Описание К составляет множества значений {M,S}, где М – множество базовых вычислительных устройств {mi}, i=0, ... , N-1, где под базовыми вычислительными устройствами понимаются ЭВМ, процессоры, блоки памяти, внешние устройства. S – сеть связей между множествами элементов базиса.

В конструкцию К должны быть заложены следующие принципы:

а) параллелизм при обработке информации, т.е. организация вычислений одновременно на множестве вычислительных модулей М с организацией в случае необходимости обмена данными через сеть S;

б) адаптация конфигурации сети S к решаемой задаче. Алгоритм А обеспечивает наряду с требуемой обработкой управление одновременной работой определённым множеством ВМ и необходимым обменом данными между ними.

Сеть S должна обеспечивать в каждый момент времени требуемый обмен данными между вычислительными модулями. Наиболее подходящей для этой цели является сеть по полному графу, т.е. связь каждого вычислительного модуля с каждым. Построение такой сети для большого количества вычислительных модулей, содержащихся в современных ВС, является сложной и дорогостоящей процедурой. В связи с чем, разрабатываются различные типы и конфигурации сетей, в которых обеспечиваются связи в зависимости от различных требований. Очевидно, что в таких сетях, как правило, возникает необходимость транзитной передачи информации с помощью вычислительных модулей, попадающих в контур передачи информации. Такие передачи, естественно, требуют дополнительных затрат времени, в связи с чем возникает задача минимизации этих затрат c помощью выбора конструкций тех или иных разновидностей сетей с учетом структуры решаемых задач. Вследствие этого проблему выбора графа межмодульных связей необходимо рассматривать в нескольких аспектах:

• минимизация времени выполнения межмодульных обменов;

• максимизация числа одновременно выполняемых обменов;

• максимальная сохранность связности при выходах из строя ВМ и линий.