- •2. Архитектура вс параллельной обработки информации
- •2.1.Основные определения
- •2.2. Особенности архитектур эвм и вс прошедших поколений
- •2.3. Пути повышения производительности вычислительных средств и требования к вычислительным системам параллельной обработки информации
- •Перспективы и проблемы использования высокопроизводительных вс параллельной обработки информации
- •2.4. Способы параллельной обработки информации. Уровни обработки (гранулярность обработки)
- •2.5. Классификация вс с функциональной точки зрения
- •2.6. Проблемы неймановской архитектуры
- •2.7 . Особенности risс-архитектуры.
- •2.Х. Классификация вычислительных моделей и механизмов обработки
- •2.8. Вычислительные модели (системы) с управлением потоком данных (потоковые машины) и редукционные машины
- •2.9. Матричные (векторные) процессоры (simd-архитектуры)
- •2.10. Пример разрядно-модульного матричного процессора simd-архитектуры (параллельный процессор для обработки двухмерных изображений, передаваемых из космоса).
- •Разрядно-модульная матричная окмд
- •2.11. Особенности реализации мультимедийных алгоритмов на основе архитектур simd в современных простейших микропроцессорах
- •2.12. Процессоры со многими алу
- •2.13. Процессоры с конвейеризацией команд
- •2.14. Конвейерные операционные устройства обработки информации
- •2.15. Направления развития современных архитектур процессоров
- •2.16. Суперскалярные вычислительные системы
- •2.17. Микропроцессор Pentium 4.
- •2.18. Суперкомпьютер Gray
- •Секция регистров
- •2.19. Многопроцессорные системы.
- •Что это дает?
- •2.20. Разновидности ос многопроцессорных систем,
- •2.21. Мультипроцессорные системы на базе мп Alpha 21364
- •2.22. Однокристальные многопроцессорные системы
- •2.23. Векторно-конвейерные супер-эвм Cray c90, t90
- •2.24. Многопроцессорные вычислительные системы семейства мвс (мвс - 1000)
- •2.25. Многопроцессорная вычислительная система Эльбрус.
- •2.26. Многоядерные многопотоковые микропроцессоры
- •2.27. Кластерные системы.
- •2.28. Концепция grid-архитектур
- •2.29. Транспьютеры. Особенности архитектур мультитранспьютерных систем.
- •2.30. Транспьютерная многопроцессорная система для цифровой обработки сигналов. Транспьютерная многопроцессорная система цифровой обработки сигналов
- •2.31. Примеры формального представления сегментированных программ для параллельного исполнения.
- •2.32. Показатели производительности вычислительных систем.
2.7 . Особенности risс-архитектуры.
Развитие архитектур с полным набором команд (CISС-архитектур) столкнулось с рядом проблем.
Реализация большого количества сложных команд привела к необходимости использовать примерно 50% ресурсов кристалла для устройства управления.
Устройство управления реализуется на основе микропрограммного принципа, в основе которого – использование ПЗУ и сложных с логической точки зрения обрамляющих ПЗУ устройств.
В связи с отмеченным выше, оказываются длинными цепи прохождения сигнала в пределах такта. Это приводит к ограничению рабочей частоты, и сдерживает ее повышение даже при переходе к более высокочастотной базе.
В связи с этим, получили развитие RISС-архитектуры, т.е. архитектуры с ограниченным набором команд.
Их особенность: используются простейшие, но часто используемые команды (инструкции). Как правило, одна инструкция выполняется за такт. Сложные операции собираются из этих простейших команд с использованием подпрограмм. Ограничено количество способов адресации. Существует небольшое число форматов команд, преобладают фиксированные размеры и функциональное назначение команды. Широко используется жесткая логика (не используются принципы микропрограммного управления). Появляется возможность существенного сокращения ресурсов кристалла за счет уменьшения устройства управления. Обычно увеличивается количество регистров общего назначения.
Широко используются конвейерные принципы, как при выполнении команд, так и операций.
Главный недостаток такой архитектуры: возможно формирование программного кода существенно большей длины, т.е. увеличение количества инструкций.
С целью совершенствования архитектур в современных микропроцессорах используются комбинации CISС и RISС архитектур.
Примеры систем с RISС-архитектурой: TMS320C80 и другие сигнальные процессоры; рабочие станции SUN, DEC; процессоры компании Motorola, PowerPC, Hewlett Packard, Shpark фирмы SUN; Alpha фирмы DEC.
2.Х. Классификация вычислительных моделей и механизмов обработки
Выделяют 4 типа моделей:
императивная;
функциональная;
объектно-ориентированная;
логическая.
Для каждой модели существует соответствующий метод управления (оценки организации вычислений, получения конечного результата):
Метод с потоком управления. Существует для вычислительного механизма неймановской машины. Механизм управления определяет, каким образом каждое вычисление запускает выполнение другого вычисления. Механизм данных определяет, как используются данные в различных вычислениях. Поток управления – это поток команд.
Метод с потоком данных. Применяется в потоковых машинах, ЭВМ.
Редукционные машины. Редукционная машина – это вычислительная машина, которая вычисляет арифметические выражения путем последовательного сокращения всех составляющих их подвыражений, пока не останутся просто значения данных.
Механизм управления определяет, каким образом каждое вычисление запускает выполнение другого вычисления.
Механизм данных определяет, как используются данные в различных вычислениях.
Императивная вычислительная модель соответствует неймановской архитектуре. Ей характерна последовательность команд, побочный эффект.
Описывают эту модель императивные языки – Паскаль, Фортран и т.д., т.е. процедурные языки.
Побочный эффект отображается в операторах присваивания.
Функциональная вычислительная модель – вычислительная модель, в которой программа рассматривается как множество определений функций. Описание представляет множество функций и описаний ввода-вывода данных. Отсутствует оператор присваивания и соответственно побочный эффект; сущность - последовательность решения математических выражений и их сворачивание. Пример описывающего языка – LISP. Метод оценки редукционный.
Объектно-ориентированная вычислительная модель. В ней вычисления моделируются с помощью множества объектов, передающих друг другу запросы. Языки объектно-ориентированного направления описывают объектно-ориентированные модели.
Параллельные процессы представляются при параллельном описании и указании параллельного выполнения объектов.
Логическая вычислительная модель – это модель, в которой вычисления представляются с помощью логики предикатов. Язык программирования для описания вычислений – это логический язык (например, ПРОЛОГ). Распараллеливание процессов осуществляется на уровне И/ИЛИ.