Параллельные

компьютерные

архитектуры

Ч.1

Проблемы

• Главная проблема - скорость света - невозможно заставить протоны и электроны двигаться быстрее

•Из-за высокой теплоотдачи компьютеры превратились в кондиционеры

•Поскольку размеры транзисторов постоянно уменьшаются основной проблемой могут стать законы квантовой механики

•В результате, чтобы иметь возможность решать более сложные задачи, разработчики обратились к компьютерам параллельного действия

Уровни параллелизма

•На самом низком уровне он может быть реализован в процессоре за счет конвейеризации и суперскалярной архитектуры с несколькими функциональными блоками

•Скрытый параллелизм - значительное удлинение слов в командах

•Можно «научить» процессор одновременно обрабатывать несколько программных потоков

•Повышение производительности максимум в 10 раз

Уровни параллелизма

•На следующем уровне возможно внедрение в систему внешних плат ЦП с улучшенными вычислительными возможностями

•В подключаемых процессорах реализуются специальные функции, такие как обработка сетевых пакетов, обработка мультимедийных данных, криптография и т.д.

•Производительность специализированных приложений может быть повышена в 5-10 раз

Уровни параллелизма

•Для повышения производительности в очень-очень много раз необходимо свести воедино многочисленные процессоры и обеспечить их эффективное взаимодействие

•Реализация - мультипроцессорные системы и мультикомпьютеры

Уровни параллелизма

•В последнее время появилась возможность интеграции через Интернет целых организаций

•В результате формируются слабо связанные распределенные вычислительные сетки или решетки

•Такие системы только начинают развиваться, но их потенциал весьма высок

Сильно связанные процессора

•Когда два процессора или обрабатывающих элемента находятся рядом и обмениваются большими объемами данных с небольшими задержками, они называются сильно связанными (tightly coupled)

Слабо связанные процессора

•Когда два процессора или обрабатывающих элемента располагаются далеко друг от друга и обмениваются небольшими объемами данных с большими задержками, они называются слабо связанными (loosely coupled)

•Внутрипроцессорный параллелизм (а); сопроцессор (б); мультипроцессор (в); мультикомпьютер (г); слабо связанная распределенная вычислительная система (д)

Внутрипроцессорный

параллелизм

•Заставить микросхему выполнять больше операций в единицу времени

•Приемы повышения быстродействия - за счет параллелизма на уровне микросхемы (параллелизм на уровне команд), многопоточность и размещение на микросхеме нескольких процессоров

•Базовый принцип — «уплотнение» операций во времени