23. Концепция параллельной обработки данных.
Необходимость параллельной обработки может возникнуть по следующим причинам:
1.Велико время решения данной задачи.
2.Мала пропускная способность системы.
3.Необходимо улучшение использования системы.
Для распараллеливания необходимо соответствующим образом организовать вычисления. Сюда входят:
составление параллельных программ;
автоматическое обнаружение параллелизма.
Рассмотрим
граф, описывающий последовательность
процессов большой программы.
Граф процессов программы
Ускорение обработки данных
U-ускорение на многопроцессорных системах Ts-время при однопроцессорной обработки Tm-время при многопроцессорной обработки.
Условия параллельного выполнения процессовгде Æ - пустое множество Означает, что входные данные(Rij) одного процесса не должен модифицироваться др. процессом, ни какие 2 процесса не должны иметь общие переменные. Wij-выходные данные.
Для использования скрытой параллельной обработки требуются преобразования программных конструкций, таких как:
уменьшение высоты деревьев арифметических выражений;
преобразование линейных рекуррентных соотношений;
замена операторов;
преобразование блоков IF и DO к каноническому виду;
распределение циклов.
Уменьшение высоты дерева
(((a+b)+c)+d) h = 3
(a+b)+(c+d) h = 2
Замена операторов
Исходный блок операторов присваивания:
X=BCD+E
Y=AX
Z=X+FG Ts = 6 при n = 1
Путем замены операторов можно получить следующий блок:
X=BCD+E
Y=ABCD+AE
Z=BCD+E+FG Tm = 3 при n = 5
Этот блок может быть вычислен параллельно при использовании 5 процессоров за три шага с ускорением обработки
U = Ts /Tm = 6/3 = 2
24. Концепция конвейерной обработки
Примером конвейерной организации является сборочный транспортер на производстве.
Если транспортер несет аналогичные, но не тождественные изделия, то это – последовательный конвейер; если же все изделия одинаковы, то это – векторный конвейер.
Конвейерная обработка в общем случае основана на разделении подлежащей исполнению функции на более мелкие части, называемые ступенями.
Последовательный конвейер
Первый результат на выходе конвейера появляется спустя время: (время разгона конвейера)
,
а последующие с интервалами tj
Ускорение обработки в данном устройстве измеряется отношением времени Тs, необходимого для последовательного выполнения L заданий (т.е. выполнение Д циклов на одной обрабатывающей ступени), ко времени Тр выполнения той же обработки на конвейере. Обозначим через ti время обработки на i-ой ступени, а через tj – соответствующее время для самой медленной ступени. Эффективность конвейера:
Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых команд и операндов соответствует максимальной производительности конвейера
В векторных конвейерах пары операндов, принадлежащие двум разным векторам, подаются на функциональное устройство (включающее множество одинаковых функциональных элементов) одновременно, и со всеми парами элементов векторов проводят одновременно функциональные преобразования.
Векторная команда реализуется с помощью специального управляющего вектора. Если n-й разряд управляющего вектора установлен в 1, то операция Cn = Аn + Вn выполняется и Сn записывается в результирующий вектор.
По мере вычисления адресов пары операндов могут непрерывно вводиться в арифметическое устройство. В такой конвейерной архитектуре требуются регистры или управляющие векторы, хранящие необходимую информацию до тех пор, пока можно начать выполнение команды.
Если длина обрабатываемого векторного поля равна l, а время обработки на самой медленной ступени равно tb, то общее время выполнения на конвейере векторной команды составляет tvp = ts + tf +(l - 1) tb
Для того чтобы выполнить ту же обработку на последовательном конвейере, потребовалось бы использовать его l раз.