Параллельная архитектура
Основные признаки Parallel Vector Process, параллельной архитектуры с векторными процессорами. Программирование на PVP-системах. Развитие микроэлектронных технологий и суперкомпьютеров с векторно-конвейерной архитектурой. Способности оперативной памяти.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.10.2014 |
| Размер файла | 9,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Контрольная работа
по вычислительным машинам
На тему: Параллельная архитектура
1. PVP (Parallel Vector Process) - параллельная архитектура с векторными процессорами
архитектура программирование микроэлектронный память
Основным признаком PVP-систем является наличие специальных векторно-конвейерных процессоров, в которых предусмотрены команды однотипной обработки векторов независимых данных, эффективно выполняющиеся на конвейерных функциональных устройствах. Как правило, несколько таких процессоров (1-16) работают одновременно с общей памятью (аналогично SMP) в рамках многопроцессорных конфигураций. Несколько узлов могут быть объединены с помощью коммутатора (аналогично MPP). Поскольку передача данных в векторном формате осуществляется намного быстрее, чем в скалярном (максимальная скорость может составлять 64 Гбайт/с, что на 2 порядка быстрее, чем в скалярных машинах), то проблема взаимодействия между потоками данных при распараллеливании становится несущественной. И то, что плохо распараллеливается на скалярных машинах, хорошо распараллеливается на векторных. Таким образом, системы PVP-архитектуры могут являться машинами общего назначения (general purpose systems). Однако, поскольку векторные процессоры весьма дорого стоят, эти машины не могут быть общедоступными.
Наиболее популярны три машины PVP-архитектуры:
1. CRAY X1,SMP-архитектура. Пиковая производительность системы в стандартной конфигурации может составлять десятки терафлопс.
Первый векторно-конвейерный компьютер Cray-1 появился в 1976 году. Архитектура его оказалась настолько удачной, что он положил начало целому семейству компьютеров. Название этому семейству компьютеров дали два принципа, заложенные в архитектуре процессоров:
· конвейерная организация обработки потока команд
· введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных [2].
Длина одновременно обрабатываемых векторов в современных векторных компьютерах составляет, как правило, 128 или 256 элементов. Очевидно, что векторные процессоры должны иметь гораздо более сложную структуру и по сути дела содержать множество арифметических устройств. Основное назначение векторных операций состоит в распараллеливании выполнения операторов цикла, в которых в основном и сосредоточена большая часть вычислительной работы. Для этого циклы подвергаются процедуре векторизации с тем, чтобы они могли реализовываться с использованием векторных команд. Как правило, это выполняется автоматически компиляторами при изготовлении ими исполнимого кода программы. Поэтому векторно-конвейерные компьютеры не требовали какой-то специальной технологии программирования, что и явилось решающим фактором в их успехе на компьютерном рынке. Тем не менее, требовалось соблюдение некоторых правил при написании циклов с тем, чтобы компилятор мог их эффективно векторизовать.
Исторически это были первые компьютеры, к которым в полной мере было применимо понятие суперкомпьютер. Как правило, несколько векторно-конвейерных процессоров (2-16) работают в режиме с общей памятью (SMP), образуя вычислительный узел, а несколько таких узлов объединяются с помощью коммутаторов, образуя либо NUMA, либо MPP систему. Типичными представителями такой архитектуры являются компьютеры CRAY J90/T90, CRAY SV1, NEC SX-4/SX-5. Уровень развития микроэлектронных технологий не позволяет в настоящее время производить однокристальные векторные процессоры, поэтому эти системы довольно громоздки и чрезвычайно дороги. В связи с этим, начиная с середины 90-х годов, когда появились достаточно мощные суперскалярные микропроцессоры, интерес к этому направлению был в значительной степени ослаблен. Суперкомпьютеры с векторно-конвейерной архитектурой стали проигрывать системам с массовым параллелизмом. Однако в марте 2002 г. корпорация NEC представила систему Earth Simulator из 5120 векторно-конвейерных процессоров, которая в 5 раз превысила производительность предыдущего обладателя рекорда - MPP системы ASCI White из 8192 суперскалярных микропроцессоров. Это, конечно же, заставило многих по-новому взглянуть на перспективы векторно-конвейерных систем.
· NEC SX-6,NUMA-архитектура. Пиковая производительность системы может достигать 8 Тфлопс, производительность одного процессора составляет 9,6 Гфлопс. Система масштабируется с единым образом операционной системы до 512 процессоров.
· Fujitsu-VPP5000 (vector parallel processing), MPP-архитектура. Производительность одного процессора составляет 9.6 Гфлопс, пиковая производительность системы может достигать 1249 Гфлопс, максимальная емкость памяти - 8 Тбайт.
Парадигма программирования на PVP-системах предусматривает векторизацию циклов (для достижения разумной производительности одного процессора) и их распараллеливание (для одновременной загрузки нескольких процессоров одним приложением).
На практике рекомендуется выполнять следующие процедуры:
· производить векторизацию вручную, чтобы перевести задачу в матричную форму. При этом, в соответствии с длиной вектора, размеры матрицы должны быть кратны 128 или 256;
· работать с векторами в виртуальном пространстве, разлагая искомую функцию в ряд и оставляя число членов ряда, кратное 128 или 256.
За счет большой физической памяти (доли терабайта) даже плохо векторизуемые задачи на PVP-системах решаются быстрее на машинах со скалярными процессорами.
Архитектура PVP -- «классика», которой учат студентов во всем мире. Суперкомпьютеры этой архитектуры на протяжении двадцати с лишним лет служат источником архитектурных идей при разработке компьютеров других классов. Векторные операции (правда, с векторами длиной всего 2 элемента) в последнее время активно внедряются в архитектуру микропроцессоров (AMD 3DNow!, расширение системы команд Katmai в Pentium III).
В применениях, требующих высокой пропускной способности оперативной памяти, суперкомпьютеры PVP-архитектуры по-прежнему сильно опережают конкурентов. Типичный пример операций, для которых характерна плохая локализация в кэше и соответственно повышенные требования к пропускной способности памяти, -- операции «сборки/разборки» (gather/scatter), в которых обращение циклически происходит к элементам массива A(INDEX(I)), то есть не последовательно.
PVP-системы и по сей день работают в крупнейших отечественных суперкомпьютерных центрах, в том числе, в ИВВиБД (Санкт-Петербург) и ОИЯИ (Дубна).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация компьютерной памяти. Использование оперативной, статической и динамической оперативной памяти. Принцип работы DDR SDRAM. Форматирование магнитных дисков. Основная проблема синхронизации. Теория вычислительных процессов. Адресация памяти.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.05.2016Магистрально-модульный принцип построения архитектуры современных персональных компьютеров. Рассмотрение основных микросхем чипсета: контроллер-концентратор памяти и ввода-вывода. Рассмотрение пропускной способности и разрядности системной шины памяти.
презентация [2,3 M], добавлен 13.10.2015Улучшение параметров модулей памяти. Функционирование и взаимодействие операционной системы с оперативной памятью. Анализ основных типов, параметров оперативной памяти. Программная часть с обработкой выполнения команд и размещением в оперативной памяти.
курсовая работа [99,5 K], добавлен 02.12.2009Исследование понятия программы и программирования. Архитектура компьютера и особенности обмена информацией между его узлами. Организация оперативной памяти. Машинный код. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Машинная математика и логика.
презентация [163,6 K], добавлен 13.10.2013Создание ТОР500 - рейтинга самых мощных общественно известных компьютерных систем мира. Современные достижения в сфере вычислительной техники. Внешний вид, производительность и архитектура суперкомпьютеров: Tianhe-2, Titan, Sequoia, K Computer, IBM Mira.
реферат [3,7 M], добавлен 01.12.2013Понятие матриц и операции, выполняемые с ними. Разработка программы для вычислений над матрицами в среде MS Visual Studio Express с применением языка программирования C++. Работа с библиотекой математического типа vector. Реализация перегрузки операций.
курсовая работа [107,3 K], добавлен 22.12.2010История появления и развития оперативной памяти. Общая характеристика наиболее популярных современных видов оперативной памяти - SRAM и DRAM. Память с изменением фазового состояния (PRAM). Тиристорная память с произвольным доступом, ее специфика.
курсовая работа [548,9 K], добавлен 21.11.2014Описание нетрадиционных и мультипроцессорных архитектур вычислительных систем. Принципы параллельной и конвейерной обработки данных. Теория массового обслуживания и управления ресурсами компьютерных систем. Базовые топологии локальных и глобальной сетей.
книга [4,2 M], добавлен 11.11.2010Основные характеристики процессора: быстродействие, тактовая частота, разрядность, кэш. Параметры материнской платы. Исследование архитектуры домашнего компьютера. Соотношение частоты памяти и системной шины в смартфоне, количество слотов памяти.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 26.12.2016Главный недостаток систем с общей шиной. Использование матричного коммутатора в схемах. Соединения между процессорами с системах с распределенной памятью. Схема соединений процессоров в компьютере BBN Butterfly. Топологии типа гиперкуб. Архитектура NUMA.
лекция [192,3 K], добавлен 22.10.2014История развития информатики и вычислительной техники. Общие принципы архитектуры ПЭВМ, ее внутренние интерфейсы. Базовая система ввода-вывода. Материнская плата. Технологии отображения и устройства хранения информации. Объем оперативной памяти.
презентация [9,3 M], добавлен 26.10.2013Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП. Устройство и принципы функционирования оперативной памяти. Эволюция динамической памяти. Модуль памяти EDO-DRAM BEDO (Burst EDO) - пакетная EDO RAM. Модуль памяти SDRAM, DDR SDRAM, SDRAM II.
реферат [16,1 K], добавлен 13.12.2009Обобщение основных видов и назначения оперативной памяти компьютера. Энергозависимая и энергонезависимая память. SRAM и DRAM. Триггеры, динамическое ОЗУ и его модификации. Кэш-память. Постоянное запоминающее устройство. Флэш-память. Виды внешней памяти.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.06.2013Применение программы-имитатора динамического распределения оперативной памяти, выполнение ее на ОС Windows 7 в интегрированной среде. Разработка приложений с графическим интерфейсом Delphi XE3. Автоматическая загрузка, исполнение и добавление процессов.
курсовая работа [284,7 K], добавлен 12.01.2015Архитектура "клиент-сервер". Параллельная обработка данных в многопроцессорных системах. Модернизация устаревших информационных систем. Характерные черты современных серверных СУБД. Наиболее популярные серверные СУБД. Распределенные запросы и транзакции.
курсовая работа [309,2 K], добавлен 11.11.2011Понятие и функциональные особенности запоминающих устройств компьютера, их классификация и типы, сравнительная характеристика: ROM, DRAM и SRAM. Оценка преимуществ и недостатков каждого типа оперативной памяти, направления и пути их использования.
презентация [118,1 K], добавлен 20.11.2013Стратегии размещения информации в памяти. Алгоритмы распределения адресного пространства оперативной памяти. Описание характеристик модели и ее поведения, классов и элементов. Выгрузка и загрузка блоков из вторичной памяти. Страничная организация памяти.
курсовая работа [708,6 K], добавлен 31.05.2013Изучение свойств оперативной памяти, являющейся функциональной частью цифровой вычислительной машины, предназначенной для записи, хранения и выдачи информации, представленных в цифровом виде. Характеристика объема разных видов оперативной памяти.
реферат [24,0 K], добавлен 30.12.2010Понятие, сущность, назначение, структура и принципы архитектуры ЭВМ. Основополагающие принципы логического устройства ЭВМ и ее структура по фон Нейману. Основные методы классификации компьютеров. Характерные особенности архитектуры современных суперЭВМ.
реферат [103,3 K], добавлен 26.03.2010Понятие архитектуры программного обеспечения (ПО). Характеристика этапов процесса проектирования и его окончательный продукт. Языки описания и виды архитектуры ПО, базовые фреймворки. Функции разработчика архитектуры ПО и необходимые ему навыки работы.
реферат [85,0 K], добавлен 15.02.2014
