2.8. Мультикомпьютери
С1 С2 С3 С4 С5
Мультипроцесори з невеликим числом процесорів
(< 64) сконструювати досить легко, а от створення великих мультипроцесорів представляє деякі труднощі. Складність полягає в тому, щоб зв'язати всі процесори з пам'яттю. Щоб уникнути таких проблем, багато розробників просто відмовилися від ідеї розділеної пам'яті і стали створювати системи, що складаються з великої кількості взаємозалежних комп'ютерів, у кожного з яких є своя власна пам'ять, а загальної пам'яті немає. Такі системи називаються мультикомп’ютерами. Процесори мультикомп’ютера відправляють один одному послання (це трохи схоже на електронну пошту, але набагато швидше). Кожний комп'ютер не обов'язково зв'язувати зі всіма іншими, тому звичайно в якості топологій використовуються 2D, 3D, дерева і кільця. Щоб послання могли дійти до місця призначення, вони повинні проходити через один або кілька проміжних комп'ютерів. Проте час передачі займає усього кілька мікросекунд. Зараз створюються і запускаються в роботу мультикомп’ютери, що містять близько 10000 процесорів. Оскільки мультипроцесори легше програмувати, а мультикомпьютери – конструювати, з'явилася ідея створення гібридних систем, що сполучать у собі переваги обох видів машин. Такі комп'ютери представляють ілюзію розділеної пам'яті, при цьому в дійсності вона не конструюється і не вимагає особливих грошових витрат.
Питання до лекції
Що таке паралелізм? Які існують його форми?
Поясніть засіб використання буфера вибірки з попередженням!
Поясніть малюнок №3 на якому зображено конвеєр виконання команд!
Що таке суперскалярна архітектура?
Поясніть ідею подвійного конвеєра!
Як функціонує масивно-паралельний процесор?
Що таке мультипроцесор?
Якими способами можна завадити перетинанню дій процесорів?
Яким способом можна обійти створення великих мультипроцесорів?
3. Основи комп’ютерної організації : пам’ять
Кілька років назад єдиним типом пам'яті були окремі мікросхеми, яких було кілька типів, що розрізнялися розміром і швидкістю. Але збільшення швидкостей процесорів за останні кілька років поставив розробників перед складною проблемою: швидкодія пам'яті. Складно підвищити швидкість процесора, але ще складніше створити недорогу швидку пам'ять.
3.1. Ієрархічна структура пам'яті
Ієрархічна структура пам'яті є традиційним рішенням проблеми збереження великої кількості даних. Вона зображена на рис. 3.1. На самому верху знаходяться регістри процесора. Доступ до регістрів здійснюється швидше за все. Далі йде кеш-пам'ять, об’єм якої зараз складає від 32 Кбайт до декількох мегабайт. Потім йде основна пам'ять, що у даний час може мати від 16 Мбайт до десятків гігабайтів. Далі йдуть магнітні диски і, нарешті, накопичувачі на магнітній стрічці й оптичні диски, що використовуються для збереження архівної інформації.
Регістри
Кеш пам’ять
Основна пам’ять
Магнітний диск
Магнітна пам’ять Оптична пам’ять
Рис.3.1. П’ятирівнева організація пам'яті
По мірі просування за структурою зверху вниз зростають три параметри. По-перше, збільшується час доступу. Доступ до регістрів займає декілька наносекунд, доступ до кеш-пам'яті – небагато більше, доступ до основної пам'яті – кілька десятків наносекунд. Далі йде великий розрив: доступ до дисків займає принаймні 10 мкс, а час доступу до магнітних стрічок і оптичних дисків узагалі може вимірюватися в секундах (оскільки ці накопичувачі інформації ще потрібно взяти і помістити у відповідний пристрій).
По-друге, збільшується об’єм пам'яті. Регістри можуть містити в кращому випадку 128 байтів, кеш-пам'ять – кілька мегабайтів, основна пам'ять – десятки тисяч мегабайтів, магнітні диски – від декількох гігабайтів до декількох десятків гігабайтів. Магнітні стрічки й оптичні диски зберігаються автономно від комп'ютера, тому їхній об’єм обмежується тільки фінансовими можливостями власника.
По-третє, збільшується кількість бітів, що можна одержати за 1 долар. Вартість об’єму основної пам'яті вимірюється в доларах за мегабайт, об’єм магнітних дисків – у пенні за мегабайт, а об’єм магнітної ленти – у доларах за гігабайт або ще дешевше.