47 Моделі архітектур із загальною пам’яттю: uma, numa. Переваги і недоліки.

Системи з однорідним доступом до пам'яті UMA - обчислювальні системи з фізично пам'яттю, де всі процесори мають рівні можливості з доступу до єдиного адресного простору і доступ будь-якого процесора до пам'яті проводиться одноманітно і займає однаковий час.Єдина пам'ять може бути побудована як одноблокової або за модульним принципом, але зазвичай практикується другий варіант.Архітектура UMA найбільш поширена архітектура пам'яті паралельних ВС з пам'яттю, що.Технічно UMА-системи припускають наявність вузла, що з'єднує кожен з n процесорів з кожним з m модулів пам'яті. Найпростіший шлях побудови таких ВС - об'єднання декількох процесорів з єдиною пам'яттю допомогою загальної шини. У цьому випадку, однак, в кожен момент часу обмін по шині може вести тільки один з процесорів, тобто процесори повинні змагатися за доступ до шини. А оскільки, фактично процесор зазвичай набагато швидше пам'яті, дана схема широкого застосування не знаходить. Ситуація може бути поліпшена за наявності у кожного процесора локальної кеш-пам'яті .При альтернативному способі побудови багатопроцесорної ВС, із загальною пам'яттю на основі UMA шина замінюється комутатором, маршрутизуючого запити процесора до одного з декількох банків пам'яті. Незважаючи на те що є декілька банків пам'яті, всі вони входять в єдиний адресний простір. Перевага такого підходу в тому, що комутатор в змозі паралельно обслуговувати декілька запитів. Кожен процесор може бути з'єднаний зі своїм модулем пам'яті і мати доступ до нього на максимально допустимої швидкості. Суперництво між процесорами може виникнути при спробі одночасного доступу до одного і того ж банку пам'яті

48Моделі архітектур із загальною пам’яттю: COMA, CC-NUMA, NCC-NUMA. Переваги і недоліки. Переваги:простота програмування;спільний адресний простір;простота роботи;Недоліки:невелика кількість процесорів;дуже велика вартість;Щоб збільшити кількість процесорів, але при цьому залишити єдиний адресний простір, пропонується декілька архітектур. Найпопулярніша з них - СС VNUMA.

Переваги:— можуть бути утворені на базі вже існуючих у споживачів окремих комп'ютерів, або ж сконструйовані з типових комп'ютерних елементів,— підвищення обчислювальної потужності окремих процесорів дозволяє будувати кластери з порівняно невеликої кількості окремих комп'ютерів (lowlyparallelprocessing)— для паралельного виконання в алгоритмах достатньо виділяти тільки великі незалежні частини розрахунків (coarsegranularity).

Недоліки:

— організація взаємодії обчислювальних вузлів кластера за допомогою передачі повідомлень

зазвичай призводить до значних часових затримок,

— додаткові обмеження на тип розроблюваних паралельних алгоритмів і програм (низька

інтенсивність потоків передачі даних).

49. Моделі архітектур з розподіленою пам’яттю. Переваги і недоліки.

У даній моделі присутні лише процесори і кеш між ними. Кожен процесор у системі має доступ лише до своєї локальної пам'яті. Також окрім обчислення процесор може відсилати і отримувати дані з мережі, саме за допомогою повідомлень і відбувається обмін даними між процесорами. В ідеальній мережі вартість пересилання даних між двома процесорами не залежить від їх розташування у мережі, а залежить лише від довжини повідомлення.

50-51. Мультипроцесорна когерентність кеш-пам’яті та програмні методи її вирішення. Апаратні способи вирішення проблеми когерентності кеш-пам’яті в комп’ютерних системах. Переваги і недоліки.

На рис. 1 як приклад показано стан двопроцесорної системи зі спільною пам'яттю і кешами першого рівня для кожного процесора до і після зміни поділюваної змінної. При зміні значення змінної Х процесором CPU2, значення її або відразу записується тільки в кеш процесора СPU2, а в загальну пам'ять при витісненні з кеша Cache2 (така стратегія називається зворотним записом), або відразу ж і в кеш процесора СPU2, і в загальну пам'ять (така стратегія називається наскрізним записом). В обох випадках значення поділюваної змінної в кеші процесора СPU1 (Cache1) виявляється неправильним, що і веде до неузгодженості вмісту кешів.

Рисунок 1 – Проблема когерентності кеш-пам'яті

Згідно з [4] система є когерентної, якщо кожна операція читання за будь-якою адресою, що виконується будь-яким з процесорів, повертає значення, занесене в ході останньої операції запису за цією адресою, незалежно від того, який із процесорів робив запис останнім.

Існує кілька способів вирішення проблеми когерентності на апаратному рівні :

• відмова від кешування: принципово вирішує проблему, але сильно знижує продуктивність системи за рахунок значної різниці між швидкістю роботи процесорів та швидкістю доступу до пам'яті;

• широкомовлення: при зміні значення змінної одним з процесорів застосовується наскрізна запис змінної в кеш цього процесора і в загальну пам'ять, відразу ж після цього всім процесорам розсилається запит на оновлення цієї змінної у їх кешах, – найпростіший і абсолютно надійний спосіб, але породжує надмірну кількість повідомлень через комунікаційне середовище, що також значно знижує продуктивність всієї системи;

Під протоколом когерентності кеш-пам'яті розуміють будь-який апаратний механізм подолання проблеми когерентності. Існує декілька класів протоколів когерентності:

• протоколи на основі довідника (directory based). Інформація про стан блоку фізичної пам'яті міститься тільки в одному місці – довіднику (фізично довідник може бути розподілений по вузлах системи);

• протоколи спостереження (snooping). Кожен кеш, який містить копію даних деякої частини фізичної пам'яті, має також відповідну копію службової інформації (біти стану). Контролери кеш-пам'ятей обмінюються між собою службовою інформацією про стан блоку даних.