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

6 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

48462. Проверка функциональности программ 124.5 KB
  тестирование Аналитическая стахостическое детерминированное система Флойда система Дейстра система Хоара Метод не подвижности точки программы 3Понятие о системе Хоара Логика Хоара формальная система с набором логических правил предназначенных для доказательства корректности компьютерных программ Основной характеристикой логики Хоара является тройка Хоара.Оценки сложности программы LOC наработанный...
48463. Магнитное поле 2.39 MB
  Импульсно-индукционный метод измерения. Приборы применяющиеся при измерении индукции импульсно-индукционным методом измерения. Магнитными измерениями называется область измерительной техники которая занимается измерением величин характеризующих магнитное поле магнитные цепи магнитные свойства веществ и материалов. Магнитные измерения неразрывно связанны с электрическими измерениями.
48464. Разработка и внедрение комплексного учебно-методического обеспечения подготовки специалистов по специальностям «Коммерческая деятельность», «Экономика и управление на предприятии» по курсу Коммерческое страхование 2.06 MB
  Экономическая сущность и роль страхования в экономике. Социально-экономическая сущность страхования. Классификация страхования. Страховые термины связанные с существенными условиями страхования.
48465. Дистанционное обучение 1.31 MB
  Это отражается как на технической оснащенности образовательных учреждений их доступе к мировым информационным ресурсам так и на использовании новых видов методов и форм обучения ориентированных на активную познавательную деятельность учащихся обучение в сотрудничестве и т. Благодаря средствам новых информационных и коммуникационных технологий появилась еще одна форма обучения в дополнение к традиционным очному и заочному обучению дистанционное обучение. В процессе такого обучения студент определенную часть времени самостоятельно...
48466. Базовые понятия моделирования 355.5 KB
  Моделирование метод исследования систем на основе переноса изучаемых свойств системы на объекты другой природы. Динамическое программирование Различают: гомоморфные и изоморфные модели. Процесс моделирования – это весь процесс от постановки задачи до внедрения результатов моделирования.
48467. Податковий контроль платників податків по розрахунках з бюджетом 59 KB
  Податковий контроль платників податків по розрахунках з бюджетом Види документальних перевірок платників податків що здійснюються орканами ДПС: документальні невиїзні перевірки що не потребують втручання в діяльність платника податків який перевіряється проводяться на основі поданих податкових декларацій звітів та інших документів пов'язаних із нарахуванням і сплатою податків та зборів обов'язкових платежів; планові виїзні перевірки які провадять не частіше одного разу на календарний рік за сукупними показниками...
48468. CASE-технологии. Информационные технологии 530.5 KB
  Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности информационных систем (ИС), создаваемых в различных областях экономики. Современные крупные проекты ИС характеризуются
48469. Аэропорт как составная авиатранспортной системы 69 KB
  В случае нарушения равновесия могут возникать такие последствия: неполное функционирование аэропорта и авиакомпаний; неудовлетворительные условия для пассажиров; неадекватне условия для пассажиров; недостаточность обеспечения полетов; ненадежность функционирования систем аэропорта; повышение стоимости перевозок для пользователей; ухудшение обеспечения авиакомпаний оборудованием; понижение уровня обслуживания пассажиров.обслуживание пассажиров; 2. Авиационная деятельность связана с обеспечением полетов обслуживанием...
48470. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Качественные показатели и характеристики аналоговых электронных устройств 975.68 KB
  В результате изучения дисциплины студенты должны: знать принципы функционирования основных аналоговых электронных устройств и их базовых элементов особенности схемотехники этих устройств в том числе и учитывающие возможность их реализации по интегральной технологии и необходимость обеспечения стабильности их работы; знать и уметь применять методы анализа усилительных и других аналоговых электронных устройств основанные на использовании эквивалентных схем; уметь составлять эти схемы на базе принципиальных схем анализируемых устройств; ...