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

8 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

10706. Мина Мазайло - Куліш Микола - Комедія 17.74 KB
  Мина Мазайло Куліш Микола Комедія Перша дія 1 Розмова Рини Мазайло з її подругою Улею з якої з’ясовується що у родині Мазайла відбуваються сварки через сторичне питання. Мокій Мазайло дуже захоплюється українською мовою і хоче переробити своє прізвище на МазайлоКв...
10707. Лісова пісня - Українка Леся - Драма-феєрія в 3-х діях 16.09 KB
  Лісова пісня Українка Леся Драмафеєрія в 3х діях Пролог Старий ліс на Волині дика і таємнича місцина. Початок весни. З лісу вибігає Той що греблі рве. Вік перемовляється з потерчатами та Русалкою яка нагадує йому про своє кохання дорікає зрадою. Водяник сварить Рус...
10708. Камінний господар - Леся Українка 14.25 KB
  Камінний господар Леся Українка Камінний господар поетична драма обробка Лесі Українки в якій уперше в українській літературі зображається образ чоловікаспокусника. Імпульсом до написання твору стала пушкінська драма Камінний гість. У творі було вкладено відм
10709. Микола Джеря - Нечуй-Левицький Іван 16.56 KB
  Микола Джеря Нечуй-Левицький Іван Понад самим берегом в’ється в траві стежка через усе село. Підеш тією стежкою глянеш кругом себе і скрізь бачиш зеленезелене море верб садків конопель соняшників кукурудзи та густої осоки. От стеляться розложисті як скатерть зел
10710. Маруся Чурай - Костенко Ліна 20.11 KB
  Маруся Чурай Костенко Ліна РОЗДІЛ І Якби знайшлась неопалима книга Під час пожежі у Полтаві 1658 року згоріли всі документи міських судових справ. А можливо серед них могла б знайтися справа Марусі Чурай. Справа ця розглядалася на одному з судів з приводу вбивства козака...
10711. Fata morgana - Коцюбинський Михайло - (З сільських настроїв) - Повість 19.4 KB
  Fata morgana Коцюбинський Михайло З сільських настроїв Повість ЧАСТИНА ПЕРША Проходячи біля зруйнованої сахарні Андрій Волик згадує своє колишнє життя. Він працював на фабриці та отримував кожного місяця 13 карбованців. Тепер сахарня стоїть пусткою але Андрій сподіває...
10712. Три зозулі з поклоном - Тютюнник Григір – Новела - Любові всевишній присвячується 14 KB
  Три зозулі з поклоном Тютюнник Григір – Новела Любові всевишній присвячується Повертаючись додому хлопець помічає що сусідка Марфа Яркова щось дуже пильно його розглядає. Мати пояснює що Марфа любила його батька а він на нього схожий. Потім мати згадує що Марфа за
10713. Місто - Підмогильний Валерян 21.33 KB
  Місто Підмогильний Валерян Частина перша Степан стояв на палубі корабля що плив до Києва по Дніпру оглядав береги прощався подумки з рідним селом селами що виднілися на березі. Він їде до великого міста щоб учитись і жити щоб здійсни ти свою давню мрію. Разом із ним...
10714. Мойсей - Франко Іван 19.03 KB
  Мойсей Франко Іван Автор звертається у пролозі до свого замученого розбитого народу який стоїть на роздоріжжі й не знає куди йти. Саме його майбутнім і тривожиться поет не вірить що судилося йому в сусідів бути гноєм що його долею буде укрита злість облудлива пок