8. Классификация вычислительных систем по Флинну

Многомашинные и многопроцессорные ВС.

Микропроцессорная система - система, которая работает под управлением единой ОС.

Многомашинная система - различные ОС, где между машинами осуществляется только обмен информацией.

Повышение производительности ВТ достигается за счет:

1)Совершенствование технологии и элементов системы. Следовательно, рост такт част, освоение новых принципов (оптические процессоры, процессоры на арсениде галлия)

2)Создание коллектива вычислителей и рас||-ние вычисления – создание многомашинных и многопроцессорных систем).

Многопроцессорные ВС классифицируются по способу обработки информации

(Классификация по Флинну):

1. ОКОД (1 поток команд – 1 поток данных):

2. МКОД:

(косяк) стрелка от ЗУ к Пр1.

Пр.- конвейерная система, системы типа Cray, Ciber (быстродействие максимальное). Пр.- мультимедийные приложения, обработка изображений и звуков с максимальной производительностью.

3.ОКМД:

к/д – команда/данные.

Если ЭМ заменить ОЭВМ, то эта система – транспьютер. Матричные процессоры – системы типа Solomon (каждый процессор работает со своим потоком данных, затем данные соединяются).

4. МКМД (система произвольной структуры):

Пр.- всевозможные нерегулярные структуры, где каждая машина работает по своим алгоритмам и образует свой поток данных.

9. Машины, управляемые потоком данных (df-машины)

Осн. особенность таких машин отсутствие в них счетчика команд.

Машина Массачуссетского технолог ун-та

ЗУКЯ – зап устр-во командных ячеек. Осн отличительная особенность: отсутствие в них счетчика команд. Команда выполняется тогда, когда готова командная ячейка. УУ- ч/з схему селекции отправляет в процессорный блок те командные ячейки для которых определены операнды. Предполагается что все команды выполняются за 1 такт.(1 инт времени)

Использование микропроцессорной машины с применением командных ячеек позволяет распараллеливать исходный алгоритм где команды выполняются по мере готовности операндов (не нужен счетчик команд).

Пример: x_1,2=(-b±(b²-4*a*c))/2*a

1 такт Я0 Я1 Я2 Я3 может выполнить сразу

2 такт Я4

3 такт Я5

4 такт Я6

5 такт Я7,Я8

6 такт Я9,Я10

на этой машине сделали за 6 тактов, а на обычной было бы 11. Коэфф распараллеливания К_р=11/6=1,8.т.е. быстродействие в 2 раза увеличилось. Использование многопроцессорной машины с применением командных ячеек позволяет распараллеливать исходный алгоритм, где команды выполняются по мере готовности операндов (не нужен счетчик команд).

Машина управляемая по запросу - выполняет команды по мере необходимости. Есть одна иерархическая мвшина:

Главная (центральная)машина анализирует исходный алгоритм, разбивает его на командные составляющие и поставляет запросы подчиненным машинам на формирование требуемых фрагментов алгоритма. Так же происх. Распараллеливание вычислений, Фрагменты алгоритма по мере выполнения возвращаются в главную машину.

10.Общие принципы построения risc-процессоров. Особенности Берклинской архитектуры.

Redact Instruction Set Computer-компьютеры с полным набором команд. В ВТ сущ. правило 80/20: 80% времени уходит на выполн. 20% команд от полного набора инструкций процессора. Появилась задача изобретения ориентированного процессора. Перед разработчиками RISC-проц ставятся следующие задачи:

1)Выделяется область применения и класс решаемых задач, в этих задачах выделяются наиболее часто встречающиеся команды. Выделенные команды реализуются аппаратно с max возм быстродействием, обычно одна команда выполн за 1 такт. При этом использ простые способы адресации и простые инструкции.

2)Если введение новых команд не требует существ аппаратных затрат и ухудшен быстродейств, то они вводятся. Разр-ки RISC-процессоров ориентируется на поддержку языков высок уровня и на конвейерный тип выполнения команд. Условно выполнение любой команды можно разбить на фазы (на каждой фазе задействован 1 аппаратный ресурс): (косяк не ОЛУ, а АЛУ)

1 команда выполн 5 тактов, однако каждый след такт мы получаем рез-т. Все этапы выполн команды условно занимают одинаковый интервал времени. После заполнения конвейера за каждый такт на выходе имеем резкльтат=> высокая производительность. Минус:команды должны быть одинаковы по времени. Выполнение всех команд за одинаковое инт времени позволяет достигнуть высокой степени конвейеризации выполнения процесса. Т.е. команды ктр не м/б выполнены за 1 такт реализуются на программном уровне с использованием стандартных библиотек. Основоположниками RISC архитектур явились ученые Берклинского и Старнфордского университетов.

Берклинская архитектура.

Анализ работы ЭВМ показывает что основные затраты времени приходятся на обращение проц к памяти и ВУ. Разработчики Берк. арх для уменьшения числа обращений к внешн памяти решили хранить всю инф в кристалле, для этого они увеличили число РОНов. RISC II – 138 РОНов.

При выполнении программы около 70% результатов полученных от выполн предыдущей команды использ при выполн след ком-ды.

138 РОНов разбили на 8 виртуальных логических окон в каждый момент времени каждая подпрогр работает с одним Вирт окном, каждое окно содержит 32 РОНа.

Верхние регистры 6

Локальные регистры 10

Нижние регистры 6

0 Глобальные регистры 10

В глобальных регистрах хранятся глобальные переменные, доступны для всех процедур. В нижних хранятся результаты выполнения пред команды и они же яв-ся верхним для след процедуры.

Вся память РОНов поделена на пересекающиеся виртуальные регистровые окна, результат проц А нах-ся в нижн рег окна А которые одновр явл верхн рег окна В и служат исходной инф для процедуры В Такая организация .перекр окон позволяет сократить число команд пересылок физ инф м/у РОНами.

Глобальные регистры доступны из любого виртуального окна. Дальнейшее увеличение числа РОНов приводит к увеличению паразитных емкостей внутренне системной магистрали (внутри кристалла). Это приводит к снижению тактовой частоты процессора.