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

11 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

55713. Зведені таблиці Microsoft Excel (MICROSOFT OFFICE 2010) 610.5 KB
  Мета: Отримання учнями практичних навичок представлення інформації із традиційних списків у більш зручному вигляді.
55714. Використання на уроках географії літературних творів та фотографі 306 KB
  Допомогти розвитку пізнавальної діяльності, активності учнів можуть нестандартні прийоми на уроках. Педагог за допомогою мистецьких творів може акцентувати увагу на подіях, явищах природи, керувати сприйняттям і відтворенням образів.
55715. Розв’язування рівнянь та побудова графіків, що містять цілу та дробову частини числа 712 KB
  Розв’язування рівнянь що містять цілу і дробову частини. У роботі проаналізовано окремі способи розв’язування рівнянь зі змінною під знаком цілої та дробової частин зокрема графічний та аналітичні.
55716. Исследования графов и их изучение 126 KB
  Точки графа называются его вершинами а отрезки соединяющие их ребрами графа. Более того графы являются эквивалентными либо попросту одним и тем же графом если соответствующие вершины одного графа соединены так же как и соответствующие вершины другого то есть соединены...
55717. ВПРОВАДЖЕННЯ ІКТ ТА ІНТЕРАКТИВНИХ МЕТОДІВ ТА ФОРМ НАВЧАННЯ ЯК ЗАСІБ ФОРМУВАННЯ ПРЕДМЕТНИХ МАТЕМАТИЧНИХ ТА ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАТИВНОЇ КОМПЕТЕНЦІЙ В УЧНІВ ПОЧАТКОВИХ КЛАСІВ 268 KB
  Активне навчання потребує залучення учнів у навчальний процес. У розв’язанні цих проблем важливе місце відводиться інформаційно комунікативним технологіям інтерактивним методам та формам навчання комп’ютерному програмному забезпеченню освітнього процесу.
55718. Використання засобів ІКТ у процесі вивчення біології та хімії 74.5 KB
  Біологія та хімія є одними з тих навчальних предметів що дають багатий матеріал для відпрацювання найрізноманітніших методів і прийомів роботи з інформацією.
55719. Інтеграція початкового і дошкільного навчання, як діалог двох освітніх структур в межах округу 51 KB
  І досі на цьому перехідному місточку виникає багато питань: це продовження соціалізації дитини забезпечення психологічного комфорту врахування особливостей здоров’я та розвитку дітей вивчення статусу сім’ї. Перевантаження в школах пов’язанні зі складністю навчальних програм надлишкові домашні завдання ведуть до погіршення стану здоров’я учнів. І це є проблема над якою працюють вчителі всіх освітніх округів міста бо як казав один мудрець: Здоров’я – це ще не все але без здоров’я все інше – ніщо. Тому вчителі всіма...
55720. Взаимодействие участников коррекционного пространства в условиях спецшколы-интерната для детей с тяжелыми нарушениями речи 43.5 KB
  В законодательных документах усиленное внимание общества обращено к проблеме детей с особенностями психического и речевого развития и создания благоприятных условий для их социальной адаптации и реабилитации.
55721. Ліворукі діти: особливості розвитку 232 KB
  Мета: познайомити учасників із дослідженнями науковців щодо особливостей психофізіологічного складу та розвитку ліворуких дітей; навчити розрізніти поняття праворукі ліворукі та амбідекстри...