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

10 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

69638. Обчислення швидкості передачі інформації і пропускної здатності каналів зв’язку 63 KB
  Обчислення швидкості передачі інформації і пропускної здатності каналів зв’язку В умовах відсутності завад швидкість передачі інформації визначається кількістю інформації що переноситься символом повідомлення за одиницю часу і рівна де...
69639. Інформація, дані, повідомлення, сигнали. Канали передачі даних і їх класифікація. Кількісна оцінка інформації 338 KB
  Певна сукупність даних отриманих від джерела інформації називається повідомленням. При цьому використовуються як спеціальні виділені лінії зв’язку які використовуються при передачі інформації на невеликі відстані до 10 км так і лінії зв’язку мереж загального користування.
69641. Види ентропії та їх властивості. Безумовна ентропія та її властивості 89.5 KB
  Коли говорять про безумовну ентропію то слово безумовна опускають. Безумовна ентропія це питома кількість інформації на один елемент повідомлень складених з алфавітів між символами яких немає взаємозалежності. В цьому випаду ентропія джерела повідомлень і являє собою невизначеність...
69642. Вивчення спектрів періодичних негармонічних сигналів 176.39 KB
  Для синтезу складних сигналів в якості ортогональної системи функцій можна використовувати систему тригонометричних функцій кратних аргументів, ортогональну на відрізку Т. Періодичний сигнал може бути відновлений з допомогою ряду Фур’є. Приведемо розклади в ряд Фур’є деяких управляючих сигналів...
69643. Повышение эффективности продажи рыбных консервов и пресервов в магазине «Квартал» № 1 7.63 MB
  проведена оценка эффективности продаж рыбных консервов и пресервов, соответствия ассортимента рыбных консервов и пресервов, реализуемых в магазине «Квартал» № 1 современным тенденциям развития рынка, организации торгово-технологического процесса в магазине по продаже рыбных консервов и пресервов, а также сравнительная товароведная характеристика рыбных пресервов.
69644. МЕЖЛИЧНОСТНЫЕ И ВНУТРИГРУППОВЫЕ ОТНОШЕНИЯ В УЧЕБНОЙ ГРУППЕ ПЕРВОКЛАССНИКОВ 190 KB
  Межличностные отношения сверстников младшего школьного возраста зависят от многих социально-психологических факторов, а, прежде всего, от таких как взаимная симпатия, общность интересов, внешние жизненные обстоятельства, гендерные отличия.
69645. Исследование малой рекламы как продвижение ресторанных услуг калининграда 784 KB
  Изучить теоретический материал по специальным дисциплинам: маркетингу и рекламной деятельности ресторана, сервисному обслуживанию ресторана, обобщить теоретический материал, ознакомиться с деятельностью рекламных агентств полного цикла, исследовать рекламную деятельность предприятий общественного питания...
69646. Творчий проект: Таця 7.59 MB
  Перші підноси були величезними - розміром зі стіл, називалися «скатертними» і призначалися для багатьох страв. Потім їх розміри поступово зменшилися. Якщо ж шлях від кухні до їдальні порівняно довгий, необхідно використати підноси з прорізами або ручками.