2.2 Компьютердің өнімділігін арттыру жайлы

Архитектураның жаңа шешімдерінде компьютерлерде негізгі орында деректерді параллельді өңдеу принципі тұрады (сурет 11).

Векторлы процессор сияқты мамандандырылған қондырғыларды қолдану есептеу жүйесінің элементтерінің артуына әкеп соғады.

Деректерді параллельді өңдеу принциптері

Сурет 11 - Деректерді параллельді өңдеу принциптері

Себебі, арифметикалық операцияларда бір такт бөлек өлшемдерде емес, керісінше, толық векторларда орындалады.

Бірнеше іс-әрекетті бір уақытта орындау идеясы екі түрге бөлінеді (сурет 12):

Сурет 12 - Бірнеше іс-әрекетті бір уақытта орындау идеясының

екі түрге бөлінуі

Параллельділік түсінігі. Егер процессор бір операцияны бір бірлік уақытта орындаса, онда жүз бірлікте осындай жүз операцияны орындайды. Егер бір уақытта жұмыс істейтін осындай он тәуелсіз процессор бар десек, онда он процессордың уақытына жүйе жүз емес, он уақыт бірлігінде орындайды. Онда жүйе N процессордан тура сол жұмысты 100/N уақыт бірлігінде орындайды. Негізінен алғанда, бұл нақты тура шешімсіз нұсқалардың бірі.

Шынайы өмірде, коммуникацияға қатысты үстеме шығыстарға байланысты көрсетілген шамаға жету мүмкін емес.

Конвейерлік. 1976 жылы CrayResearch компаниясы бірінші векторлық-конвейерлік CRAY-1 компьютерін шығарды:

• Такт уақыты 12,5 нс;

• 12 функционалдық конвейерлі қондырғы;

• 1 Мсөз (сөз - 64 разряд) дейін жететін операциялық жад – жадның циклі 50 нс ға тең.

• Пиктік өнімділігіне қарай секундына 160 миллион операция (160 Mflops).

CRAY-1 негізгі жаңалығы ол – векторлы командаларды енгізуі. Командалар тәуелсіз деректердің толық массивтарымен жұмыс істейді және конвейерлік функционалдық қондырғыларды тиімді қолдана алады.

Параллельді(жарыспалы) машиналардың ерекшеліктері:

• векторлық командалардың жиынтығы;

• конвейерлік-функционалдық қондырғы.

Векторлы командалар тәуелсіз деректердің толық массивтерімен бірге жұмыс істейді, бұл құбылыс қол жетімді конвейерлерді тиімді жүктеуге көмектеседі. Мысалы, Z = X + Y командасы екі санның қосындысы емес, екі массивтің қосындысын білдіреді (сурет 13).

Сурет 13 – Конвейердегі амалдарды орындау түріне мысал

Конвейерлі өңдеудің ерекшеліктері. Қалқыған үтір формасында келетін екі шама қосу үшін мыналар қажет:

• реттілігін салыстыру;

• реттілігін тегістеу;

• мантиссаны қосу;

• қалыпты түрге келтіружәне т.б.

Алғашқы компьютерлердің процессоры	Конвейерлік өңдеу
Мұнда барлық операциялар бірінен соң бірі бірізділікпен, соңғы шешімге келгенше бірізділікпен орындала берген. Тек осыдан соң ғана келесі өңдеуге көшіп отырған.	Ортақ операцияның жеке этаптары бөлініп шығады. Әр кезең, өзінің жұмысын аяқтаған соң, келесіге жеткізіп отыру қажет, сонымен қоса біруақытты кіріс деректерінің жаңа мөлшерін қабылдауы қажет.

Суперкомпьютерлер мысалдары

Әлемде қазіргі уақытта қандай суперкомпьютерлер бар? Төмендегі мысалда, осы кластағы машиналардың негізігі параметрлері көрсетілген.

• CRAY T932, векторлық-ковейерлі компьютер, шыққан жылы 1996 жыл. Сипаттамасы:

• ортақ жады бар 32 процессордың ішінен 2 млрд. операцияны 1 секундт уақыт ішінде орындайды, бұл максималды көрсеткіш;

• оперативтік жады 8 Гб;

• Дисктік кеңістігі 256 Тб (сурет 14).

Сурет 14 – векторлық-конвейерлік CRAYT932 компьютері

• IBM SP2 – IBM фирмасының массивті-параллельді компьютері. Әдетте, Power PC 604 немесe POWER2 SC микропроцессорлардың негізінде құрылады. Микропроцессорлар жоғары жылдамдығы бар коммунатор бойынша бірігеді. Олардың әрқайсысында дисктік қосалқы жүйесі және локальды оперативті жүйесі болады.

Мысалы, Pacific North west National Laboratoriy (USA) жүйесі, 512 процессордан құралған. Процессордың саны есептеу жүйесінің суммалық қуатынан хабар береді.

• HP Exemplar - Hewlett-Packard Inc архитектуралық кластері бар компьютер.

Мысалы, V2250 моделі 240 MHz такттық жиілігі бар PA-8200 микропроцессорының негізінде жұмыс істейді. 16 Гб ортақ жады бар бір торабта немесе түйінде 16 процессорды біріктіруге болады (сурет 15).

Сурет 15 – HPExemplar архитектуралық кластері бар компьютер

• ASCI RED - Accelerated Strategic Computing Initiative программасының негізінде құрылған, 9152 процессорды біріктіреді, оперативтік жадының жиынтығы 600 Гб, ортақ өнімділігі секундына 1800 миллиард операция.Осындай операцияларды калькулятормен орындап шығу үшін, адамға 57000 жыл керек, ал бұл компьютер оны 1 секунд уақыт ішінде орындап шығады (сурет 16).

Сурет 16 - ASCI RED - Accelerated Strategic Computing Initiative программасының негізінде құрылған

Бақылау сұрақтары:

1. Кластер дегеніміз не?

2. Жоғары өнімді есептеу техникаларының бағыттарын атаңыз.

3. Деректерді параллельді өңдеудің қандай принциптері бар?

4. Параллельдік дегеніміздің түсінігі қандай?

5. Конвейерлік дегеніміздің түсінігі неде?

6. Қандай белгілі суперкомпьютерлер бар?

Тұжырым: Кластерлі жүйелер туралы түсінік, компьютердің өнімділігін арттыру жайлы қарастырылады, сонымен бірге суреттер арқылы көрсетіледі.

Дәрістің тақырыбы 3: Желі баптаулары

Жоспар: