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

19 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

47311. ПОДГОТОВКА КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛИТОК К УКЛАДКЕ. СОРТИРОВКА КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛИТОК 2.69 MB
  ПОДГОТОВКА КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛИТОК К УКЛАДКЕСОРТИРОВКА КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛИТОК Состав технологических операций. Сортировка плиток по размерам калибровка цвету и оттенку качеству лицевой поверхности; выбраковка дефектных плиток. Укладка отсортированных плиток в контейнеры или ящикикассеты. Шаблоны и приспособления для сортировки плиток.
47313. Электроснабжение элитного коттеджного поселка 3.9 MB
  Объектом электроснабжения является элитный коттеджный поселок, общей площадью 0,183 км2, располагающийся в Московской области РФ. Поселок состоит из 59 коттеджей и 5 общественных зданий. Коттеджный поселок относится к III категории надежности электроснабжения. Электроснабжение осуществляется от распределительного устройства (РУ) 10кВ подстанции
47314. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОММЕРЦИИ НА ОАО «РОСТЕЛЕКОМ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 3.52 MB
  Целью дипломной работы является анализ эффективности применения информационных систем для осуществления электронной коммерции на примере ОАО «Ростелеком»
47315. Вертикальный варочный закрытый аппарат предназначен для выработки пищевых химикатов 876.79 KB
  Сварочное производство начинается с проектирования какой - либо конструкции или узла. Рациональное проектирование сварной конструкции - залог надежности, экономичности и долговечности ее работы. Рациональное проектирование основано на знании ряда тонкостей поведения конструкции.
47316. Методы защиты информации 180.82 KB
  Защита информации обеспечивает снижение негативных последствий от утери или искажения информации. Система защиты информации строится на комплексе мероприятий по предотвращению утечки, искажения, модификации и уничтожения защищаемых сведений...
47317. Особенности дерева Фибоначчи, удаление вершины из AVL дерева 49.19 KB
  Дерево Фибоначчи несколько больше напоминает реальный куст, чем рассматривавшиеся ранее деревья, возможно, потому, что многие природные процессы удовлетворяют закону Фибоначчи
47318. Процедура построения бинарного дерева поиска и ее особенности 20.71 KB
  Бинарное дерево – дерево, в котором каждый узел может иметь не более двух потомков. Очевидно, что каждая внутренняя вершина является корнем бинарного поддерева (левого или правого) своей родительской вершины.
47319. Впровадження новітніх безпроводових технологій з метою побудови локальної компютерної мережі 1.52 MB
  Мета роботи дослідження сучасних безпроводових технологій для побудови локальної компютерної мережі. В роботі розглянуто впровадження новітніх безпроводових технологій з метою побудови локальної компютерної мережі з можливістю виходу у глобальну мережу Інтернет в умовах де прокладання кабельної мережі неможливе чи економічно недоцільне. БЕЗПРОВОДОВІ МЕРЕЖІ WIFI НА БАЗІ СТАНДАРТУ IEEE 802. 1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО БЕЗПРОВОДОВІ МЕРЕЖІ ТА ЇХ ПАРАМЕТРИ 1.