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

12 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

5319. Фотоны и фотоэффект. Эффект Комптона 100 KB
  Фотоны. В теории равновесного излучения абсолютно черного тела Планка вводится понятие фотона - кванта света или порции излучения, которая может поглощаться или излучаться только целиком. С другой стороны, по средствам фотонов осуществляется...
5320. Проектирование мехатронных систем 1.98 MB
  Анализ и синтез кинематических параметров мехатронных систем При управлении мехатронным модулем с вращательной кинематической парой часто используется привод поступательного действия, в частности, электрогидравлический с гидроцилиндрами. Целесообраз...
5321. Автоматическое регулирование микроклимата в зданиях и сооружениях на базе нечеткой логики 317 KB
  Автоматическое регулирование микроклимата в зданиях и сооружениях на базе нечеткой логики В статье описывается алгоритм управления системой регулирования воздуха в помещениях зданий и сооружений, построенной на базе контроллера с нечёткой логикой. С...
5322. Предмет и задачи курса Экономика предприятия 222.5 KB
  Предмет и задачи курса Экономика предприятия Объектом изучения являются негосударственные производственныеные предприятия. Экономика негосударственных предприятий является наукой. Экономика государственных предприятий определена регламентированными ...
5323. Оптимизация стратегии деятельности предприятия 968 KB
  Оптимизация использования ресурсов Теория спроса и предложения Спрос на товары и услуги, закон спроса Основные проблемы рыночной организации производства: что производить, как производить, для кого производить – решаются через механиз...
5324. Управление финансами дорожно-строительной организации 280.5 KB
  Определение сметной себестоимости и цены строительно-монтажных работ дорожно-строительной организации. Программа строительно-монтажных работ ДСО на рассматриваемые полгода предусматривает ввод в действие двух объектов. Первый объект —...
5325. Моделирование инвестиционной программы предприятия 132.5 KB
  Моделирование инвестиционной программы предприятия Цель работы– определение оптимальной производственной программы предприятия. Тема курса - организация инвестиционной и финансовой деятельности предприятия. Содержание работы До...
5326. Разработка плана производства карамели леденцовой на примере леденца Барбарис 309.5 KB
  Кондитерская промышленность наряду с другими отраслями пищевой индустрии призвана удовлетворять потребностям населения в продуктах питания. Приятный вкус, тонкий аромат, привлекательный внешний вид, высокую калорийность и усвояемость кондит...
5327. Глобализация как современный этап развития мирового хозяйства 245.5 KB
  Интернационализация мировой экономики, текучесть капиталов, углубление раскола между бедными и богатыми регионами Земли, утверждение доллара в положении общемировой валюты, массовое распространение новых средств коммуникации, все более акт...