Сравнение параллельной и конвейерной организации вычислительных систем
Параллелизм и конвейеризация имеют одну цель – повышение производительности вычислительной системы. Оба подхода предполагают достижения этой цели за счет избыточности аппаратуры вычислительной системы. Организация вычислительного процесса в этих подходах сильно различается:
Параметр |
Параллелизм |
Конвейеризация |
Базовая структура |
Независимые исполнители подзадач на отдельных блоках аппаратуры |
Разбитие функции на подфункции |
Производительность |
N результатов каждые T секунд |
Результат каждые T/N секунд |
Основной период синхронизации |
Время выполнения одной функции |
Выполнение одной ступени или подфункции |
Типичная архитектура |
SIMD, MIMD |
SISD, MISD |
Предпочтительная структура задачи |
Матричные задачи с длинами векторов, равными числу процессоров. Процессы, подлежащие разбиению на независимые части |
Одномерные векторы с произвольной длиной, классические задачи |
Типичная организация памяти |
Многократно повторяемые независимые участки |
Одна многократно расслоенная память |
Особенности управления |
Осуществляется программистом |
Осуществляется аппаратурой |
Ограничения |
Стоимость, структура задач |
Элементная база, скорость доступа к памяти |
Надежность |
Легкодостижима за счет горячего резерва |
Обходится дорого за счет не модульной организации |
Многоядерные или многопроцессорные системы
Компиляция операционных систем из исходных кодов
Сборка из уже откомпилированного кода
Архитектуры:
Симметрично многопроцессорная
Массовая параллельная
Гибридная
SMP-архитектура
Symmetric Multiprocessing
Главная особенность такой архитектуры – наличие общей физической памяти, разделяемой всеми процессорами.
По сути, это 1 компьютер с несколькими равноправными процессорами, все остальное представлено в одном экземпляре (память, периферия, и так далее). Слово «симметричная» означает, что каждый процессор может делать то же, что и любой другой. Это выражается следующим образом:
Доступ к памяти
Может выполнять любую операцию ввода-вывода
Процессор может прерывать другие процессоры и устройства, может прерываться сам
В SMP системах все идет через общую шину.
MPP-архитектура
В основе этой архитектуры лежит транспьютер. Это мощный универсальный процессор, особенностью которого является наличие четырех линков, каждый из которых состоит из трех частей, которые служат для передачи данных в противоположном направлении. Все процессоры могут обмениваться данными. После передачи одного байта транспьютер ожидает подтверждения. Большая прикладная программа разбивается на процессы между узлами.
MRC – маршрутизатор, представляющий собой набор портов. Порты MRC могут связываться между собой, могут связываться с маршрутизаторами, а также к ним может подключаться процессор. Node – процессорные узлы трех типов:
Вычислительные
Сервисные (Unix)
Узлы ввода-вывода (могут подключаться к общим ресурсам, дискам или сетям)
Пример: Intel Paragon выполнен на архитектуре i8600, IBM RS/6000SP