§1.2.1 Компьютердің аппараттық құрылымын жетілдіру
Өткен ғасырдың соңғы жылдарынан бастап микроэлектроника өте үлкен қарқынмен даму үстінде. Оған, дербес компьютерлердің өнімділігінің әрбір бір-екі жылда бірнеше еселеп ұлғайып келе жатқаны куә. Осы ретте, бүгінгі күнгі жаңа компьютерлердің өнімділігінің өте шапшаң өсуі осы себептерге ғана байланысты ма деген сұрақ туындайды. Тарихи фактілерге назар аударып, қарапайым салыстырулар жүргізіп көрелік.
1949 жылы пайдалануға берілген алғашқы компьютерлердің бірі – EDSAC (тактілік уақыты 2 микросекунд), шамамен секундына 100 арифметикалық операция орындай алған болса, 2001 жылғы HP Superdome суперкомпьютерінің (тактілік уақыты 1,3 нс, процессоры РА-8700, 770 мгц), өнімділігі шамамен секундына 190 миллиард арифметикалық операцияны құраған.
Бұдан не көріп тұрмыз? Соңғы жарты ғасырда, компьютердің өнімділігі шамамен екі миллиард есе артқан. Ал тактілік уақытының 2 мкс-тан 1,3 нс-ке дейін кемуіне байланысты өскен жылдамдықтан ұтысы бар болғаны шамамен 1500 есе ғана. Бұл цифрді микроэлектрониканың өркендеуімен байланыстырамыз. Енді қалған өсім қайдан алынды? Бұның жауабы айқын – компьютер архитектурасында жаңа инновациялық шешімдерді пайдалану, және бірнеше әрекеттерді бір мезгілде орындай алу идеясына негізделген мәліметтерді параллель өңдеу принципін қолдану.
Алайда, компьютер архитектурасындағы кездесетін параллельділік формаларының көптігіне қарамастан мәліметтерді параллель өңдеудің негізінен екі түрін ғана бөліп көрсетуге болады: параллелділік және конвейерлік. Осыларға қысқаша тоқталып өтелік.
Параллель өңдеу
Әрқайсысы 100 нақты саннан тұратын екі вектордың қосындысын табу керек делік. Бұл операцияны орындау үшін, біздің қол астымызда екі пар санның қосындысын компьютер жұмысының бес тактісінде орындай алатын есептеу құрылғысы бар және де бұл құрылғы осы операцияны орындау барысында одан басқа ешқандай пайдалы жұмыс атқара алмайтындай етіп жасалынған болсын. Бұндай шарттар негізінде барлық операция 500 тактта орындалады. Уақытқа байланысты мәліметтерді өңдеу процесі схема түрінде 7-ші суретте кескінделген.
Енді бізде, дәл осындай, бір мезгілде бір-біріне тәуелсіз жұмыс істей алатын екі құрылғы бар болсын делік. Әрбір құрылғыны ендірілетін массив элементтерімен үнемі жүктей отырып, ізделініп отырған қосынды нәтижесін 250 тактіде (8 сурет) алуға болады. Осы секілді 10 құрылғы жағдайында, қосынды нәтижесін алу уақыты бар болғаны 50 тактіні құрайды, ал жалпы жағдайда N құрылғыдан тұратын жүйе бұл операцияны орындауға шамамен 500/N уақыт жұмсайды.
Параллель өңдеу мысалдарын біздің күнделікті өмірімізде де көптеп кездестіруге болады: супермаркеттегі кассалық аппараттар, көп қатарлы автотрассадағы машиналар қозғалысы, май құю станцияларындағы бірнеше бензин колонкалары т.б. Параллель өңдеу мәселесінің алғашқы пионерлерінің бірі ретінде, академик А. А. Самарскийді атауға болады. Ол өткен ғасырдың 50-ші жылдарының басында ядролық жарылыстардың моделін жасау үшін қажетті есептеулер орындаған болатын және де бұл есепті қолдарына арифмометр беріп, бірнеше ондаған қыздарды столдарға жайғастыра отырып шешті. Қыздар мәліметтерді бір-біріне сөзбен жеткізе отырып, қажетті цифрларды арифмометрге енгізіп отырды. Осындай қарапайым «параллель есептеу жүйесінің» көмегімен А. А. Самарский ядролық жарылыс толқынының эволюциясын есептеп шығарды.
