Суперкомпьютеры и системы. Мультипроцессоры. Учебное пособие

го элемента данных и является ли она «чистой» или «грязной» (моди­фицированной). Поскольку запрашивать каталог приходится при вы­полнении любого обращения к памяти, он должен поддерживаться вы­сокоскоростным специализированным аппаратным обеспечением, спо­собным обработать запрос очень быстро. На рис. 3.10 показана струк­тура однопроцессорного узла cc-NUMA-системы, построенной на ос­нове использования метода каталога.

При любом обращении к памяти диспетчер по локальной шине от­слеживает вырабатываемый процессором адрес и результат обработки этого обращения локальным кэшем. Вначале рассмотрим только опе­рации чтения данных. Будем далее обозначать узел, запрашивающий чтение элемента данных, как УЗ, а узел-владелец, в основной памяти которого элемент данных хранится постоянно, как УВ, и узел, в кэше которого находится копия значения или модифицированное значение элемента, как УК.

1. Узел является владельцем элемента. В его каталоге отмечается, какой из узлов теперь стал УК, эта информация будет далее использо­ваться при любом чтении так, как описано выше.

У данной схемы есть еще одна проблема: как проверять, обновлена исходная память или нет? Если нужно считать строку кэша, которая не изменялась, запрос может быть удовлетворен из основной памяти, и при этом не нужно направлять запрос в кэш. Если же требуется считать из­мененную строку кэша, запрос должен быть направлен в тот узел, в ко­тором находится эта строка кэша, поскольку только здесь имеется ее действительная копия. Если же разрешается иметь только одну копию строки кэша, то контролировать изменения в строках кэша нет никакого смысла, поскольку любой новый запрос требует передачи сообщения в кэш, хранящий существующую копию, чтобы объявить ее недействи­тельной. Естественно, для хранения информации о состоянии каждой строки кэша («чистая» или «грязная») требуются дополнительные биты, и нужно информировать диспетчер памяти узла-владельца о каждом изменении строки кэша, даже если существует только одна копия этой строки. Если же таких копий несколько, то изменение одной из них означает необходимость объявления всех остальных недействительны­ми, поэтому нужен эффективный протокол, позволяющий избежать си­туации гонок (т. е. возникновения различных копий значения одного и того же элемента данных). Например, чтобы изменить совместно ис­пользуемую строку кэша, один из держателей этой строки перед ее из­менением должен был бы запросить у узла-владельца монопольный до­ступ к ней. Такой запрос означал бы объявление всех остальных копий недействительными.

Архитектура COMA была реализована в целом ряде систем, в част­ности, в системах с названиями KSR-1 (Kendall Square Research) и DDM (Data Diffusion Machine), однако существенного развития не по­лучила, как и все NUMA-системы. Основной причиной этого явилась недостаточно высокая масштабируемость мультипроцессоров с общей разделяемой памятью при довольно высокой удельной стоимости каж­дого гигафлопа. Максимальное количество процессоров в таких систе­мах не превышает тысячи. При быстродействии одного процессора

Основной компьютер системы, показанный на рисунке справа и названный как Host, управляет несколькими вычислительными устрой­ствами (Compute Device). Каждое такое устройство, в свою очередь, со­держит набор относительно независимых друг от друга вычислителей (Compute Unit), в составе которых работает несколько обрабатывающих элементов (Processing Element).

 вместо принципа «один поток команд» реализуется принцип «одна программа, исполняемая несколькими ОКМД-подсистемами в чистом виде, работающими каждая в своем темпе»;

Графические процессоры в качестве средств высокопроизводи­тельных вычислений появились как результат развития, совершенство­вания и конкуренции видеоадаптеров, выпускаемых основными ком­паниями-производителями – фирмами NVIDIA и AMD (ATI). Вначале в видеоадаптеры с целью разгрузки центральных процессоров от вы­полнения рутинных операций переносились простейшие функции об­работки графической информации. Сама природа задач компьютерной графики – однотипная обработка большого количества точек на плоско-