Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»ерархи€ в многопроцессорных системах — »нформатика, программирование

ѕосмотреть видео по теме –еферата

јзин —.Ќ.

–ассматриваетс€ аппаратный механизм управлени€ процессорной матрицей и создание логических внутренних и внешних потоков данных в многопроцессорной структуре.

ќписываетс€ вычислительна€ система (¬—) с распределенной пам€тью, котора€ состоит из произвольного количества абсолютно идентичных, примитивных фон Ќеймановских процессоров (далее элемент) с простейшим набором команд и полной страницей пам€ти (например, 64кб дл€ 16-разр€дного процессора). —истема имеет структуру иерархической пирамиды. ќдин из элементов €вл€етс€ основным или ведущим ("император"), он имеет каналы программного, пр€мого доступа к пам€ти (ѕƒѕ) всех элементов нижнего €руса, они, в свою очередь, име€ аналогичные каналы, распредел€ют между собой управление следующим €русом и т.д. до самого низа пирамиды, по этим каналам происходит загрузка программ и данных. »ме€ доступ к регистрам управлени€ подчиненного элемента, командир может обращатьс€ к пам€ти всех нижних элементов до основани€ пирамиды, мину€ непосредственных командиров. Ќаличие ѕƒѕ дает командиру полную власть над подчиненным, например, чтобы остановить выполнение программы достаточно установить ловушку в вектор прерывани€ и вызвать его и, заменив ловушку новым указателем, запустить другую программу.  омандный элемент может наблюдать за работой программы подчиненного элемента, например, считыва€ значени€ указателей буферов или стека и даже помогать ему, вз€в часть нагрузки на себ€. —истема имеет выход наружу канала ѕƒѕ в пам€ть "императора" дл€ первоначальной загрузки системы, характерно отсутствие какой бы то ни было энергонезависимой пам€ти, не нужен даже начальный загрузчик, достаточно чтобы все элементы стартовали с команды WAIT. ћеханизм ѕƒѕ должен иметь аппаратную систему сменных приоритетов, чтобы изолировать программное €дро от несанкционированных действий внешней программы. Ѕолее того, максимальный приоритет совсем запрещает ѕƒѕ (например, у "императора") при этом система становитьс€ недоступной дл€ постороннего вмешательства Ц вирусов, несанкционированного клонировани€ и т.п., в этом случае открыть систему можно только "убив" ее выключением питани€.

ѕолучилс€ простой и удобный механизм управлени€ любым количеством элементов, но на самом деле это ничего не значит т.к., чтобы система заработала, требуетс€ написать дл€ нее программу и загрузить (считать) данные. “ут встает философский вопрос, почему параллельные вычислени€ практически ограничиваютс€ конвейерами и матрицами с жестким алгоритмом (сетевые вычислители в расчет не берем т.к. эффективность их близка к нулю)? ѕричина, по всей видимости, в том, что человек не способен создавать параллельные программы, синхронизировать 3-4 процесса - это предел его возможностей. »де€ заключаетс€ в том, что программист должен работать не с последовательностью операций, а оперировать взаимосв€з€ми потоков, тогда он может писать хоть на Ѕейсике или ‘ортране, подразумева€ под переменными - потоки данных. ѕотоки данных могут быть внешними, например, оцифрованный сигнал с микрофона, видео сигнал или магистральный канал оптического волокна, и внутренними, например, мантисса числа с плавающей зап€той. ѕри описании потока достаточно определить два его параметра, тип числа (например, int или float) и его интенсивность (количество байт в одном значении деленное на периодичность в тактах системы). ≈сли, например, заданы два потока ј-int и ¬-long, то при св€зи B=sinA, интенсивность потока ¬ в два раза больше ј. “ут нужна вычислительна€ система, способна€ легко создавать достаточное количество таких потоков, устанавливать св€зи между ними и самосто€тельно согласовывать их интенсивности. ƒл€ получени€ множества потоков удобнее всего использовать стробоскопический общий канал (ќ ). — помощью установки регистров управлени€, программируетс€ его цикличность и каждому потоку (и элементу) назначаютс€ тайм-слоты из этого цикла дл€ чтени€ или записи, как это делаетс€ в телекоммуникационных каналах св€зи. „ерез один луч канала можно пропускать сколько угодно потоков, все определ€етс€ размерами цикла. ясно, что ќ  не может быть бесконечно длинным из-за ограниченной нагрузочной способности. Ќазовем сегментом элементарный фрагмент пирамиды, состо€щий из нескольких элементов с одним командиром и объединенных одним ќ , количество элементов в сегменте равно нагрузочной способности ќ . ¬ идеале сегмент расположен на одном чипе. ƒл€ св€зи с другими сегментами не об€зательно выводить ќ  наружу сегмента, просто одному или нескольким элементам назначаютс€ функции узлов св€зи. ”зел св€зи отличаетс€ от остальных элементов только тем, что его интерфейсные регистры подключены не к каналам ѕƒѕ нижнего €руса и не к множественному потоку данных, а к аналогичным регистрам соседних сегментов.  ак соедин€ть, это отдельный вопрос, € думаю лучше всего сверху в низ по пирамиде параллельно ѕƒѕ, чтобы диспетчеризацией потоков занимались сегменты верхнего уровн€. “огда пространственное соединение ќ  сегментов можно реализовать в виде: параллельных каналов, решетки, звезды, дерева и т.д., в зависимости от требований алгоритма. «адачей узлов св€зи €вл€етс€ сортировка и переадресаци€ потоков. ≈сли применить классификацию ‘лина, то ќ  выполн€ет функции одиночного потока данных, а элементы - множественного потока команд. ¬се элементы нижнего €руса пирамиды, кроме узлов св€зи, имеют свободными выходы своих интерфейсных регистров, к которым подключаетс€ множественный двунаправленный поток данных, это любые внешние устройства, архивна€ пам€ть, диски, терминалы, каналы св€зи и т.д. ≈сть еще один момент, предположим, нагрузочна€ способность ќ  равна 10, значит в сегменте 10 элементов. ѕусть дл€ простоты, за один такт ќ  элемент выполн€ет одну команду и каждому элементу назначено по одному тайм-слоту, значит цикл равен 10 тактам. ѕолучаетс€, что каждый элемент может выполнить цикл только из 10 команд, этого €вно недостаточно дл€ большинства задач. ѕоэтому не имеет смысла гнатьс€ за скоростью канала, кстати, при уменьшении скорости ќ  увеличиваетс€ его нагрузочна€ способность, тут есть оптимум.

—огласовать скорости программных процедур и потоков, задача не реальна€, поэтому между ними в каждом элементе должны быть эластичные кольцевые буфера типа "очередь". ƒостаточно двух таких буферов, один дл€ всех входных потоков и один дл€ выходных, они занимают всю свободную пам€ть элемента. ƒанные в буфере однозначно прив€заны к данным канала, поэтому нет необходимости предпринимать какие-то действи€ дл€ их идентификации, но при переходе в другой сегмент, это не очевидно. Ёта проблема лежит на совести программистов, которые будут реализовывать €дро системы. ћожно в лоб пересчитать индексы при переходе, можно снабдить потоки синхронизирующими метками, а можно индексы передавать в потоке вместе с данными.

ѕринципиальной и специфической особенностью данной системы реального времени €вл€етс€ то, что она должна работать быстрее поступлени€ данных, иначе произойдет переполнение буферов и сбой. Ёту ситуацию можно обнаружить заранее, если командир обнаружит накопление данных в буфере одного из элементов (это может быть прерывание по переходу красной зоны), у него есть некоторое врем€, чтобы избежать сбо€. ¬ этом случае необходимо либо останавливать задачу и перекомпоновывать систему, либо решать проблему в ходе выполнени€, например путем подключени€ резервных элементов.

—корости потоков данных, в принципе, ограничены только физическими возможност€ми канала, поскольку всегда можно организовать стробоскоп из нескольких элементов, которые будут по очереди брать (выставл€ть) данные с канала. ”величива€ количество элементов в стробоскопе легко достичь предельных скоростей. Ѕолее того, если канал не удовлетвор€ет требовани€м по скорости, достаточно сделать стробоскопический коммутатор и распределить поток между параллельными структурами. Ётот способ применим также дл€ оптимизации обработки потоков, т.е., чтобы не простаивали короткие процедуры, длинные запускаютс€ через стробоскоп, стробоскоп может быть временным, т.е. име€ несколько резервных элементов, можно подключать их к отстающим процедурам в ходе выполнени€. »меетс€ несколько вариантов организации конвейеров типа конвейера арифметики плавающей.

ѕирамида ¬— не об€зательно должна быть правильной формы, и может иметь ответвлени€ произвольной высоты и ширины (даже удаленные, например, по оптическому волокну) и вообще может быть спроектирована с учетом выполн€емой задачи, здесь открываетс€ большой простор дл€ фантазии, например, N+1 мерна€ пирамида с N ортогональными ќ . ”ровень интеллектуальных возможностей системы зависит от высоты пирамиды, а производительность от ширины, т.к. €дро работает в верхних сло€х, а основна€ задача в основании. ядро занимаетс€ загрузкой, планированием, разбором конфликтов подчиненных и статистикой их загруженности. ¬ задачу €дра входит также тестирование ¬— Ц определение конфигурации конкретной системы и обнаружение и изол€ци€ дефектных элементов. ядро ¬—, в отличие от UNIX, работает в фоновом режиме, кроме чисто командных элементов, в которых основна€ задача вообще не выполн€етс€.

ќчевидно, что работа в реальном времени сильно экономит оперативную пам€ть.  огда обрабатываетс€ начало большого сегмента данных, конец может вообще не понадобитьс€ и грузить его в свопинг или пам€ть, по крайней мере, не экономно. јналогично с приложени€ми, если приложение выполнило львиную долю своей работы и крутитьс€ в малом цикле упор€дочивани€ данных, больша€ часть программного кода уже (или еще) не нужна и, как результат, никому не нужные страницы гул€ют по системе между  ЁЎем, пам€тью, свопингом и файловой системой. ќдноуровнева€ пам€ть AS/400 пытаетс€ полумерами частично решить эти проблемы, но зачем дл€ этого городить огород из 64-х разр€дного адреса. ¬ нашем случае эта ситуаци€ отслеживаетс€ полностью, поскольку все процедуры активны, наход€тс€ под наблюдением €дра и всегда могут отрапортовать Ц У«адание выполнено, жду указаний или перезагрузкиФ. ¬ некотором смысле, разбиение приложений на процедуры аналогично разбиению сегмента на страницы или файла на кластеры.  роме того, нужно заметить, что многозадачные операционные системы типа UNIX, которые неплохо справл€ютс€ с проблемами баз данных и секретарей, €вл€ютс€ тормозом дл€ целого р€да весьма актуальных задач - задачи управлени€ в реальном масштабе времени, задачи искусственного интеллекта, машинного зрени€ и т.д.

¬ заключении хочу подчеркнуть, что система команд элемента должна быть максимально простой, фактически это интеллектуальна€ страница пам€ти. Ќикаких команд умножени€ и делени€, тем более плавающей арифметики не требуетс€, поскольку ничего не стоит достичь любой скорости вычислений простой перекомпоновкой элементов, к тому же выгодно комбинировать сразу весь комплекс вычислений, а не отдельные арифметические действи€. ѕри этом получаетс€ больша€ экономи€ в операци€х, например, достаточно одной операции нормировки на весь комплекс, при этом устран€етс€ накопленна€ ошибка.   тому же вы можете работать с любым числом плавающей зап€той, а не с числом процессора плавающей арифметики. ќриентаци€ на режим реального времени накладывает специфические требовани€ на конструкцию процессорного элемента, например, бесполезность стека и вложенных прерываний, вместо стека целесообразно иметь аппаратные эластичные буфера. »меютс€ некоторые соображений по поводу системы команд и регистровой архитектуры элемента с двум€ стробоскопическими ќ , селектированым каналом ѕƒѕ с защитой по приоритетам и двум€ эластичными, кольцевыми буферами вместо аппаратного стека, но это тема отдельного разговора.

—писок литературы

ƒл€ подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciteclibrary.ru

јзин —.Ќ. –ассматриваетс€ аппаратный механизм управлени€ процессорной матрицей и создание логических внутренних и внешних потоков данных в многопроцессорной структуре. ќписываетс€ вычислительна€ система (¬—) с распределенной пам€тью, котора€

 

 

 

¬нимание! ѕредставленный –еферат находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалс€, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальный –еферат по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

ќбъединение серверов в кластеры
ќсобенности внедрени€ CRM при массовых продажах
Ѕизнес-план и средства его создани€
ќбзор программных продуктов дл€ расчета инвестиционных проектов
јнализ клиентской базы приносит пользу CRM
–оссийские CRM системы
ѕопул€рные продукты дл€ бюджетировани€. SAS и Comshare
»спользование €зыка программировани€ Visual Basic дл€ решени€ математических задач
—овременные информационные технологии и проблемы археологической информатики
Ќекоторые проблемы формализации гуманитарных знаний (на примере археологии)

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru