- •1.1. Развитие элементной базы вс.
- •1.2. Перспективы развития архитектур класса mpp (Massively Parallel Processor).
- •С хематический вид архитектуры с раздельной памятью
- •Линейная сеть процессоров
- •Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •Вычисление параллельного префикса
- •Использование гиперкуба для реализации параллельных алгоритмов.
- •Решение задачи быстрой сортировки на гиперкубе
- •2.1. Матричные вс с ассоциативной обработкой инф-ции на примере вс pepe.
- •2.2 Супер-эвм фирмы Cray Research.
- •1. Три типа различных регистров:
- •2. Параллельная обработка на нескольких уровнях.
- •3. Организация памяти.
- •2.3 Понятие метакомпьютинга. Способы организации метакомпьютера. Основные решаемые задачи. Примеры использования метакомпьютера для решения сложных задач.
- •3.1Транспьютеры. Практическое применение
- •3.2 Способы распределения задач по процессорам в мультипроцессорных вс.
- •3.3 Реализация фундаментальных вычислительных алгоритмов в линейной сети процессоров.
- •Линейная сеть процессоров
- •Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •Вычисление параллельного префикса
- •4.1 Вс на основе систолических и волновых матриц
- •Волновая матрица.
- •4.2 Возм-ые пути постр-ия высокопроизв-ых вс, отличных от фоннеймановского типа. Понятие семантического разрыва между стр-рой вс и реал-ой прогр-ой.
- •Концепция неограниченного параллелизма. Выявление микро- и макропараллелизма в алгоритмах.
- •5.1 Анализ производ-ти мультипроцессорных вс. Коэффициент ускорения вычислений. Проблемы достижимости линейного роста производительности.
- •5.2 Редукционная машина «Алиса». Пример выполнения фрагмента программы.
- •Параллельная редукция
- •6.1 Развитие новых методов вычислений Японская программа по развитию вычислительной техники:
- •Основной язык: Prolog
- •6.2 Показатели качества функционирования вс. Критерий Гроша. Критерий Минского. Двухпараметрический критерий. Проблемы достижения линейного роста производительности вс.
- •7.1 Достоинства и недостатки видов соединений вычислительных модулей в высокопроизводительных вс. Шина. Кольцо.
- •Линейная сеть процессоров
- •Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •7.3 Перспективы развития vpp (Vector Parallel Processor)
- •8.1 Достоинства и недостатки видов соединений вычислительных модулей в высокопроизводительных вс. Шина. Кольцо.
- •Одномерный путь передачи информации (отсутствует параллелизм передачи информации).
- •8.2 Особенности перехода к параллельным вычислениям. Проблемы организации параллельных вычислений.
- •9.1 Сравнительный анализ режимов и алгоритмов обработки информации в вс Сравнительные возможности двух методов организации параллельных вычислений: метод конвейеризации и метод параллелизма.
- •9.2 Принцип вычислений на основе управления потоком данных. Машины потоков данных (мпд). Архитектура. Достоинства и недостатки мпд.
- •Структура машины потоков данных. Данные хранятся в пакетах данных – в активных ячейках памяти. Ба – блок арифметический. Бл – блок логический. В активной памяти находятся пакеты, готовые к выполнению.
- •Функционирование машин потоков данных.
- •Организация сети передачи пакетов в мпд.
- •Достоинства мпд.
- •Недостатки мпд.
- •Обработка структур в мпд.
- •Структура мпд для обработки структур.
- •Структура устройства хранения и обработки.
- •9.3 Реализация фундаментальных вычислительных алгоритмов в матричной сети процессоров.
- •Решение задач линейной алгебры на матричной сети процессоров
- •10.1 Достоинства и недостатки видов соединений вычислительных модулей в высокопроизводительных вс. Шина. Кольцо.
- •Одномерный путь передачи информации (отсутствует параллелизм передачи информации).
- •10.2 Принцип вычислений на основе управления потоком данных. Машины потоков данных (мпд). Архитектура. Достоинства и недостатки мпд.
- •Данные хранятся в пакетах данных – в активных ячейках памяти. В активной памяти находятся пакеты, готовые к выполнению.
- •10.3 Принцип «разделяй и властвуй» и его использование для повышения эффективности выполнения вычислительных алгоритмов в сетях процессоров
- •11.1 Абстрактная архитектура вс. Основные модули и интерфейсы
- •Арифметический и командный конвейер
- •11.2 Особенности перехода к параллельным вычислениям. Проблемы организации параллельных вычислений.
- •11.3 Современные тесты для оценки производительности вс.
- •12.1 Диаграмма выполнения команды в машине фон Неймана. «Узкие места» при выполнении команды в последовательной вс. Методы устранения «узких» мест.
- •12.2 Редукционная g-машина. Пример выполнения фрагмента программы.
- •1. Три типа различных регистров:
- •2. Параллельная обработка на нескольких уровнях.
- •3. Организация памяти.
- •13.1 Арифметический и командный конвейер.
- •13.2 Организация тэговой памяти и оценка ее эффективности на примере мультипроцессорной вс Эльбрус.
- •Независимость программных средств от обрабатываемых данных. Программные средства реализованы только на логический уровень, поэтому:
- •Разработка высокопроизводительных систем класса мпд на основе ассоциативной памяти.
- •14.1. Способы выбора количества уровней совмещения (ступеней) в командном конвейере.
- •Тип решаемой задачи.
- •Стоимость организации вычислений.
- •14.2 Кластерные проекты (на примере мвс-1000 м). Коммуникационные технологии построения кластеров. Beowulf- кластеры. Beowulf- кластеры. The-hive.
- •14.3Теоретические модели параллельных систем. Ячеечные автоматы Неймана. Пространственная машина Унгера.
- •15.1 Достижения и перспективы развития вычислительной техники.
- •Японская программа по развитию вычислительной техники:
- •Задачи:
- •Существуют трансляторы с полуестетвенных языков
- •15.2 Способы распределения задач по процессорам в мультипроцессорных вс.
- •Организация супер-эвм с общей памятью (на примере hp Superdone). Архитектура ccNuma.
- •16.1 Классификационные схемы архитектур вс (по Флинну, по Энслоу). Достоинства и недостатки каждой из классификаций.
- •Многовходовые
- •Несимметричные(системы с неоднородными процессорами)
- •5.Вс с матричными (векторными) процессорами (Архитектура мрр)
- •16.2 Теоретические модели параллельных систем. Ячеечные автоматы Неймана. Пространственная машина Унгера
- •16.3Организация супер-эвм с общей памятью (на примере hp Superdone). Архитектура ccNuma.
- •17.1Достоинства и недостатки видов соединений вычислительных модулей в высокопроизводительных вс. Шина. Кольцо.
- •Одномерный путь передачи информации (отсутствует параллелизм передачи информации).
- •17.2 Вычислительные системы с векторной обработкой команд (структура). Диаграмма выполнения операций с векторной обработкой команд.
- •Вычисление параллельного префикса
- •63 Гусеничный алгоритм обработки элементов массива. Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •Вычисление параллельного префикса
- •65 Реализация фундаментальных вычислительных алгоритмов в матричной сети процессоров.
- •Решение задач линейной алгебры на матричной сети процессоров
- •Японская программа по развитию вычислительной техники:
- •Задачи:
- •Существуют трансляторы с полуестетвенных языков
- •2 Пути развития вычислительных систем (вс). Пять японских программ о развитии и внедрении средств вычислительной техники.
- •Использование гиперкуба для реализации параллельных алгоритмов.
- •Решение задачи быстрой сортировки на гиперкубе
- •Использование комбинаторов в редукционном вычислении
- •Процесс вычисления комбинаторного выражения
- •Реализация фундаментальных вычислительных алгоритмов в линейной сети процессоров.
- •Линейная сеть процессоров
- •Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •Вычисление параллельного префикса
- •20.1 Эволюция развития архитектур вс
- •20.2 Принципы векторизации последовательных программ. Критерии оценки векторной архитектуры.
- •2) Стартовое время конвейера.
- •Гусеничный алгоритм обработки элементов массива. Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •Вычисление параллельного префикса
- •Достоинства и недостатки видов соединений вычислительных модулей в высокопроизводительных вс. Шина. Кольцо.
- •Одномерный путь передачи информации (отсутствует параллелизм передачи информации).
- •21.2 Теоретические модели параллельных систем. Машина Холланда.
- •Решение задач линейной алгебры на систолических массивах.
- •22.2 Реализация принципа «сверхмультиобработки». Статический и динамический способ создания «общего кода».
- •22.3 СуперЭвм фирмы Fujitsu.
- •23.1 Сравнительные возможности двух методов организации параллельных вычислений: метод конвейеризации и метод параллелизма.
- •Факторы, влияющие на снижение производительности в системах с векторной обработкой команд
- •5. Зависимость по управлению
- •Основные технологии параллельного программирования.
- •62 Реализация фундаментальных вычислительных алгоритмов в линейной сети процессоров.
- •Линейная сеть процессоров
- •Повышение эффективности решения задач на линейной сети процессоров
- •Вычисление параллельного префикса
- •Вычислительные системы с векторной обработкой команд (структура). Диаграмма выполнения операций с векторной обработкой команд.
Задачи:
Распознавание образцов (ситуаций, проблем и т.д.)
Обработка семантической информации, связанная с реализацией трансляторов с естественного языков. Приближает ВТ к человеку: не нужно перелагать язык специалиста на язык машины (не нужен промежуточный человек)
Существуют трансляторы с полуестетвенных языков
Управление роботами в любой среде (воде, воздухе и т.д. )
Задачи управления различными обменами, процессами и т.д.
Эти задачи выдвинуты в международном плане. Япония является координатором в этой области.
Машина 5-го поколения должна быть машина искуственного интелекта:
База
знаний
Вычислительная система 5-го поколения
Внутренний формат
Преобразователь
данных
Естественный
язык (Пролог)
Генератор
программ
Язык Результат
Результат
Машина
4-го поколения
2 Пути развития вычислительных систем (вс). Пять японских программ о развитии и внедрении средств вычислительной техники.
Развитие элементной базы 2. Развитие архитектуры вычислительных систем
Развитие новых методов вычислений
Элементная база
П о утверждению Г. Мура (в 80-х гг.), степени интеграции должны возрастать в два раза каждые 18 месяцев(количество транзисторов на кристалл). 1. Толщина проводника будет уменьшаться: от 0.35 до 0.18 микрон и меньше 1/500 толщины волоса. 2. Увеличение числа слоев в кристалле. Pentium Pro – 5. Сейчас – 8 и более. 3. Уменьшение потребляемой мощности. 4. Изменение архитектуры микропроцессора. Тенденция: реализовать на одном кристалле – СуперЭВМ.
число транзисторов на
кристалл.
100 млн.
1млн
10000
100
70 80 90 2000 годы
2011 – Микро 2011 (40-е с начала выпуска процессоров). 2020 109 - 1012 - степень интеграции. Сетлеретика: ЭВМ будет имитировать всю центральную нервную систему человека – на одном кристалле.
18.2
Вычислительные системы с векторной обработкой команд (структура). Диаграмма выполнения операций с векторной обработкой команд.
Скалярный процессор предназначен для декодирования векторной команды. С его помощью определяется тип операции, которая будет выполняться на арифметическом конвейере. Векторный контроллер определяет управляющие сигналы для реализации этой команды. Векторное устройство записи/считывания – для записи/считывания данных, которые будет использовать арифметический конвейер. Данные передаются через буферное устройство (локальную память). Векторный контроллер также вычисляет параметры адресации, по которым будут считываться данные из памяти для арифметического конвейера. Выполняется одна и та же операция, но под разными полями данных.
Диаграмма выполнения операций ЭВМ векторного типа.
операция/такты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. ОП |
|
x |
|
|
x |
x |
… |
x |
x |
|
2. Скалярный процессор |
x |
|
x |
|
|
|
|
|
|
x |
3. Векторный контроллер |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
x |
4. Управление векторных операций |
|
|
|
|
x |
x |
… |
x |
x |
x |
5. Арифметический конвейер |
|
|
|
|
x |
x |
… |
x |
|
x |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||
Такты: ФАдр, ВК, Дек.К, ВД, Арифм.К, Зап.Р, Оч.Р.
1 – формирование адреса векторной команды, ее выборка;
2 – декодирование векторной команды;
3 – выборка данных из памяти;
4 – конвейеризация (выполнение операций в арифметическом конвейере с одновременной выборкой операндов).
5 – запоминание результатов, очистка регистров (переход в некоторое исходное состояние). Формирование адреса команды осуществляется на скалярном процессоре (x1), выборка из ОП (x2) и декодирование на скалярном процессоре (x3).
«+» Параллелелизм на уровне выборки команд и выполнение опероции за счет конвейризации. Локальная память позволяет сгладить конфликты между памятью и конвейром.
18.3