1.3 Simd (Single Instruction Multiple Data) басқару типі бойынша құрылған жүйе

SIMD (Single Instruction Multiple Data) – басқа барлық процессорларға инструкцияларды жеткізіп отыратын басқарушы торап. Мұнда жұмыс істеу үшін әрбір процессордың жеке өзінде деректер жиынтығы болады.

Мысалы, берілген матрицаны басқарушы торап бөліктерге бөліп, компьютерлерге таратады. Сонда әр компьютерде өз деректері болады (сурет 3).

Басқарушы торап

Сурет 3 – Инструкцияның кластердегі компьютерлерге таратылуы

Басқарушы торапта тұрған матрица элементтері біздің мысалымызда келтірілген 3 компьютерге бөлінеді (сурет 4).

SIMD жүйесі негізінен, есептеуде біршама күшті талап ететін тапсырмаларда қолданылады.

Сурет 4 – Есепті кластердегі компьютерлерге үлестіру

Атап айтатын болсақ, медиа деректерімен жұмыс, ғылыми зерттеулерді үлгілеу немесе модельдеу жұмысы және де үлкен матрицаларды өңдеу және т.б. (сурет 5).

Сурет 5 - SIMD басқару типі бойынша құрылған жүйе

1.4 Mimd (Multiple Instruction Multiple Data) басқару типі бойынша құрылған жүйе

MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) басқару типі бойынша құрылған жүйе, әр процессор өзінің меншiгіндегі басқарушы процессорге ие болады, сондықтан процессорлардың әрқайсылары әр түрлi нұсқауларды орындайды (сурет 6).

Сурет 6-MIMD басқару типі бойынша құрылған жүйе

MIMD басқару типі бойынша құрылған жүйе жұмысын 7-суреттен көруге болады.

Сурет 7 -MIMD басқару типі бойынша құрылған жүйе

1.5 Параллельдеуге жататын есептер туралы

Есептеу жүйесінің өнімділігін арттыру төмендегідей үлгіде жүзеге асады:

1. Экстенсивті жол – бұл жартылай өткізгіш элементтердің бір ғана кристалда компьютердің архитектурасын өзгертпей тығыздығын арттыру және жұмыстың ырғақтық жиілігін артыру.

2. Интенсивті жол – компьютерлі жиынтыққа параллелизм элементтерін сұрыптау разрядынан бірнеше құрылғыға дейін ала отырып, енгізу. Бұндай түрлері бір уақытта әр қилы операцияларды орындай алады [1].

Бүгінгі орындалатын есептеу эксперименттерінде көптеген маңызды практикалық есептерді орындау үшін, орасан зор компьютерлі қуат қажет.Мысалы, мынадай есептер:

• климаттық өзгерістердің нақты, ұзақ мерзімді болжамдары;

• тектік (гендік) инженерия;

• физикалық процестерді үлгілеу және шешу;

• химиялық реакцияларды және қаржылық есептерді үлгілеу;

• автомобиль құрылысы;

• мұнай және газ өнімі;

• электронды құрылғыларды жобалау;

• жаңа материалдарды жинақтау;

• геологиялық катаклизмалар (жер сілкінісі, вулканның атқылауы, тектоникалық тақталардың қақтығысуы, дауыл мен цунамидің қиратушылық болжамы) және т.б.

Мысалы, күн райы болжамының есебі. Әдетте, атмосфералық құбылыстарды есептеуде биіктігі 10 мильге (1 миль шамамен 1,6 км) дейін жететін 1 кубтық миль мөлшеріндегі ұяшықтарды қолданады. Модельді уақыт адымында 1 минутта 10 күндік болжамды алу үшін негізгі нүктеден 1015 операция орындау қажет болады. Ал, компьютердің өнімділікпен жұмысы 10 күнді құрайды (1.5 Gfloр-пен). Көріп тұрғандарыңыздай, берілген есепті шығару үшін айтарлықтай қуатты есептеу техникасын талап етеді.

Келесі кезекте, астрофизика мен биофизика саласында танымал мысалдарға келейік.1011 жұлдыздан тұратын галактиканың өрбуін үлгілеу үшін бір модельді уақыт адымына шамамен 1 жылдық дербес компьютердің жұмысы керек.

Ал, ақуыздың жасалу жолын үлгілеу үшін 1025 машиналы команда қажет. 3.2 Ghz тактылы ырғақтан тұратын бір ядролы дербес компьютерде шамамен 106 ғасырды құрайды.

Мұнайды өндіру процесінің оңтайлы жолының есебін қарастырып көрейік. Нақты бұрғыланған скважина саны анықталған жер асты мұнай сұйық қоймасы бар. Бір скважина үстінен мұнай алынады, ал екіншісінде керісінше су толтырылады.Берілген модель қуатты есептеу техникасының көмегімен ғана орындалатын айқын көрініп тұр.

Жоғарыда көрсетілген есептерді шығару үшін мұндай көп процессорлы есептеу машиналарының параллельді программалауының сұрақтарын білу керек: параллельді компьютерлер мен желілерді жүйелік программалы түрде қамтамасыз ету; параллельді компьютерлерде программалау технологиясы; параллельді алгоритмдер; параллельді программалау мен модельдеудің математикалық негіздері.

Бақылау сұрақтары:

1. Ортақ жадты компьютерлер ерекшелігі қандай?

2. Үлестіруші жады бар компьютерлер ерекшелігі қандай?

3. SIMD басқару типі бойынша құрылған жүйе қалай жұмыс жасайды?

4. MIMD басқару типі бойынша құрылған жүйе қалай жұмыс жасайды?

5. Параллельдеуге жататын есептер туралы не айта аласыз?

6. 4 ядролы 10 компьютерден құрастырылған кластердің сипаттамасы туралы айтыңыз.

7. SIMD және MIMD басқаруларының айырмашылықтары қандай?

Тұжырым: Бұл лекцияда параллельді жүйе деректерін өңдеу классификациясы туралы негізгі анықтамалар, түсініктер қарастырылады, сонымен бірге есептеу жүйесінің өнімділігін арттыруға арналған біршама есептер қолданудағы мәселелер қарастырылады.

Дәрістің тақырыбы 2: Кластерлі жүйелер

Жоспар: