Системний аналіз паралельних процесів. Парадигми паралельних програмних засобів.

ЛЕКЦІЯ №4

(3 год.)

Системний аналіз паралельних процесів та підходів до їх організації. Паралельні обчислювальні методи

План

1. Системний аналіз паралельних процесів. Парадигми паралельних програмних засобів.

2. Типи та рівні паралелізму

3. Паралельні обчислювальні методи – СРС

3.1) файл Lection_2--СРС.pdf +

3.2) ресурс https://www.hpcc.unn.ru/multicore/materials/tb/mc_ppr08.pdf, ст. 3-4, 7-8)

Системний аналіз паралельних процесів. Парадигми паралельних програмних засобів.

Параллелизм – основа высокопроизводительной работы всех подсистем вычислительных машин. Организация памяти любого уровня иерархии, организация системного ввода/вывода, организация мультиплексирования шин и т.д. базируются на принципах параллельной обработки запросов. Современные операционные системы являются многозадачными и многопользовательскими, имитируя параллельное исполнение программ посредством механизма прерываний.

Развитие процессоростроения также ориентировано на распараллеливание операций, т.е. на выполнение процессором большего числа операций за такт. Ключевыми ступенями развития архитектуры процессоров стали гиперконвейеризация, суперскалярность, неупорядоченная модель обработки, векторное процессирование (технология SIMD), архитектура VLIW (Very Long Instruction Word — «очень длинная машинная команда»). Все ступени были ориентированы на повышение степени параллелизма исполнения.

VLIW – архитектура процессоров с несколькими вычислительными устройствами. Характеризуется тем, что одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно. Фактически это «видимое программисту» микропрограммное управление, когда машинный код представляет собой лишь немного свёрнутый микрокод для непосредственного управления аппаратурой.

Гиперконвейеризация (суперконвейеризация) – сводится к увеличению количества ступеней конвейера, как за счет добавления новых ступеней, так и путем дробления имеющихся ступеней на несколько простых подступеней. Главное требование — возможность реализации операции в каждой подступени наиболее простыми техническими средствами, а значит, с минимальными затратами времени. Вторым, не менее важным, условием является одинаковость задержки во всех подступенях.

Суперскалярность – архитектура вычислительного ядра, использующая несколько декодеров команд, которые могут загружать работой множество исполнительных блоков. Планирование исполнения потока команд является динамическим и осуществляется самим вычислительным ядром. Пример суперскалярного процессора – Intel Pentium 4.

Векторное процессирование – векторный процессор поддерживает обработку не только скалярных, но и векторных операндов. Векторную обработку внедряют в процессоры классов SISD и MIMD.

Неупорядоченная модель обработки (out-of-order execution) – дополнительный потенциал повышения производительности суперскалярного процессора.

В настоящее время мощные сервера представляют собой мультипроцессорные системы, а в процессорах активно используется параллелизм уровня потоков.