20424

Мультипроцессоры

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Мультипроцессоры Мультипроцессорные системы обладают одной характерной особенностью: все процессоры имеют прямой доступ к общей памяти. Мультипроцессорные системы шинной архитектуры состоят из некоторого количества процессоров подсоединенных к общей шине а через нее к модулям памяти. Простейшая конфигурация содержит плату с шиной или материнскую плату в которую вставляются процессоры и модули памяти. Поскольку используется единая память когда процессор А записывает слово в память а процессор В микросекундой позже считывает слово из...

Русский

2013-07-25

58 KB

17 чел.

0

1.3.1. Мультипроцессоры

Мультипроцессорные системы обладают одной характерной особенностью: все процессоры имеют прямой доступ к общей памяти. Мультипроцессорные системы шинной архитектуры состоят из некоторого количества процессоров, подсоединенных к общей шине, а через нее — к модулям памяти. Простейшая конфигурация содержит плату с шиной или материнскую плату, в которую вставляются процессоры и модули памяти.

Поскольку используется единая память, когда процессор А записывает слово в память, а процессор В микросекундой позже считывает слово из памяти, процессор В получает информацию, записанную в память процессором А. Память, обладающая таким поведением, называется согласованной (coherent). Проблема такой схемы состоит в том, что в случае уже 4 или 5 процессоров шина оказывается стабильно перегруженной и производительность резко падает. Решение состоит в размещении между процессором и шиной высокоскоростной кэш-памяти (cache memory), как показано на рис. 1.5. В кэше сохраняются данные, обращение к которым происходит наиболее часто. Все запросы к памяти происходят через кэш. Если запрошенные данные находятся в кэш-памяти, то на запрос процессора реагирует она и обращения к шине не выполняются. Если размер кэш-памяти достаточно велик, вероятность успеха, называемая также коэффициентом кэш-попаданий (hit rate), велика и шинный трафик в расчете на один процессор резко уменьшается, позволяя включить в систему значительно больше процессоров. Общепринятыми являются размеры кэша от 512 Кбайт до 1 Мбайт, коэффициент кэш-попаданий при этом обычно составляет 90 % и более.

Однако введение кэша создает серьезные проблемы само по себе. Предположим, что два процессора, А и В, читают одно и то же слово в свой внутренний кэш. Затем А перезаписывает это слово. Когда процессор В в следующий раз захочет воспользоваться этим словом, он считает старое значение из своего кэша, а не новое значение, записанное процессором А. Память стала несогласованной, и программирование системы осложнилось. Кэширование, тем не менее, активно используется в распределенных системах, и здесь мы вновь сталкиваемся с проблемами несогласованной памяти.

Проблема мультипроцессорных систем шинной архитектуры состоит в их ограниченной масштабируемости, даже в случае использования кэша. Для построения мультипроцессорной системы с более чем 256 процессорами для соединения процессоров с памятью необходимы другие методы. Один из вариантов — разделить общую память на модули и связать их с процессорами через коммутирующую решетку (crossbar switch), как показано на рис. 1.6, а. Как видно из рисунка, с ее помощью каждый процессор может быть связан с любым модулем памяти. Каждое пересечение представляет собой маленький электронный узловой коммутатор (crosspoint switch), который может открываться и закрываться аппаратно. Когда процессор желает получить доступ к конкретному модулю памяти, соединяющие их узловые коммутаторы мгновенно открываются, организуя запрошенный доступ. Достоинство узловых коммутаторов в том, что к памяти могут одновременно обращаться несколько процессоров, хотя если два процессора одновременно хотят получить доступ к одному и тому же участку памяти, то одному из них придется подождать.

Недостатком коммутирующей решетки является то, что при наличии n процессоров и n модулей памяти нам потребуется n2 узловых коммутаторов. Для больших значений n это число может превысить наши возможности. Обнаружив это, человечество стало искать и нашло альтернативные коммутирующие сети, требующие меньшего количества коммутаторов. Один из примеров таких сетей — омегасеть (omega network), представленная на рис. 1.6, б. Эта сеть содержит четыре коммутатора 2x2, то есть каждый из них имеет по два входа и два выхода. Каждый коммутатор может соединять любой вход с любым выходом. Если внимательно изучить возможные положения коммутаторов, становится ясно, что любой процессор может получить доступ к любому блоку памяти. Недостаток коммутирующих сетей состоит в том, что сигнал, идущий от процессора к памяти или обратно, вынужден проходить через несколько коммутаторов. Поэтому, чтобы снизить задержки между процессором и памятью, коммутаторы должны иметь очень высокое быстродействие, а дешево это не дается.

Люди пытаются уменьшить затраты на коммутацию путем перехода к иерархическим системам. В этом случае с каждым процессором ассоциируется некоторая область памяти. Каждый процессор может быстро получить доступ к своей области памяти. Доступ к другой области памяти происходит значительно медленнее. Эта идея была реализована в машине с неунифицированным доступом к памяти (NonUniform Memory Access, NUMA). Хотя машины NUMA имеют лучшее среднее время доступа к памяти, чем машины на базе омегасетей, у них есть свои проблемы, связанные с тем, что размещение программ и данных необходимо производить так, чтобы большая часть обращений шла к локальной памяти.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29960. Учение о развитии интеллекта Ж.Пиаже и других представителей швейцарской школы 51 KB
  Развитие операционального интеллекта в концепции Пиаже. Позднее Пиаже при изучении детского мышления больше фокусируется на анализе самих действий основными для Пиаже становятся исследования систем операций интеллекта. Важнейшее открытие Пиаже открытие эгоцентризма ребенка как центральной особенности мышления скрытой умственной позиции и как следствие своеобразие детской логики детской речи детских представлений о мире. Феномены Пиаже: 1.
29961. Психологическая сущность и механизмы воображения 45.5 KB
  Воображение и его развитие в детском возрасте Рибо Т. В основе способности к предвосхищению лежит воображение. В старой психологии существовала точка зрения согласно которой воображение не рассматривается как самостоятельный психический процесс поскольку преобразование образа и открытие нового традиционно выделяемые в качестве основных признаков воображения являются необходимыми сторонами любого процесса чувственного отражения действительности и функциями всех психических процессов Вундт Т. Рибо: воспроизводящее воображение = памяти...
29962. Виды и функции речи 48 KB
  Рубинштейн Речь это процесс материализации мысли. Леонтьев Речь Это деятельность общения выражения воздействия сообщения = посредством языка; речь это язык в действии. Речь это форма существования сознания мыслей чувств переживаний для другого служащая средством общения с ним и форма обобщённого отражения действительности или форма существования мышления. Рубинштейн Важно отличать речь от языка.
29963. Теория поля Курта Левина 46.5 KB
  Теория поля Курта Левина 1.: категория гешт образ Левин мотив; у гештальтистов образ рассматривался в отрыве от мотивации а мотивация у Левина отрывается от предметносмыслового содержания ситуации т. Для Левина поле это структура в которой совершается поведение. Понятие поля у Левина охватывает внутренний человека и внешний окружающее факторы.
29964. Структура личности и различные методологические подходы к ее изучению 52.5 KB
  Структура личности и различные методологические подходы к ее изучению Понятие личности Л внешн проявление индивидуальности как чел воспринимается окружающими и как он на них воздействует в римском театре маска актера =личина лицо обращенное к аудрии. Общее представление о структуре личности. Структурный и динамический подходы к изучению личности Каждая теория личности тем или иным образом отвечает на вопрос: Каким образом определяются структурные единицы личности и взаимосвязи между ними....
29965. Роль индивидных свойств человека в развитии личности 48 KB
  Темперамент как форма интеграции первичных индивидных свойств. Темперамент характеристика индивида со стороны динамических особенностей его психической деятельности т. У темперамента нет единого содержания и единой системы внешних проявлений. Попытки такого анализа приводят к выделению трех главных ведущих компонентов темперамента относящихся к сферам общей активности индивида его моторики и его эмоциональности.
29966. Личность и характер 70.5 KB
  Современное состояние исследований характера. По Рубинштейну способ поведения является наиболее существенным и показательным выражением характера но характер определяет и сам способ поведения. Основные проблемы психологии характера К настоящему времени понятие характер признано дискуссионным. сомнения в возможности изучения характера как самостоятельного явления вообще.
29967. Личность и способности 44 KB
  Личность и способности. ПРОБЛЕМЫ что такое способности как способности соотносятся с основными психическими процессами соотношение наследственности и среды в развитии способностей соотношение общих способностей и интеллекта природа и взаимосвязь общих и специальных способностей возможности измерения способностей пути и методы эффективного развития способностей Ученые: В. Понятие о способностях Петровский: Способности это такие психологические особенности человека от которых зависит успешность приобретения ЗУНов это...
29968. Основные проблемы психологии эмоций 65.5 KB
  Основные проблемы психологии эмоций Эмоции это переживание челом его отношения к окружающему миру и самому себе. Экспрессии выделил Дарвин; по внешн проявлениям другие судят об эмоции; важно у животных сист знаков предупреждений оповещений. Появление данной теории привело к упрощению понимания механизмов произвольной регуляции например нежелательные эмоции такие как горе или гнев можно подавить если намеренно совершать действия в результате которых обычно появляются положительные эмоции. В ней эмоции трактуются как субъективные...