Дипломная работа на тему: Принципы организации параллелизма выполнения

Введение

Спрос на компьютеры, работающие с все более и более высокой скоростью, не прекращается. Астрономы пытаются воспроизвести всю историю Вселенной с момента большого взрыва и до сегодняшнего дня. Фармацевты хотели бы разрабатывать новые лекарственные препараты с помощью компьютеров, не принося в жертву легионы крыс. Разработчики летательных аппаратов могли бы получать лучшие результаты, если бы вместо строительства огромных аэродинамических труб моделировали свои конструкции на компьютере. Какими бы мощными ни были компьютеры, их возможностей никогда не хватит для решения многих нетривиальных задач (особенно научных, технических и промышленных).

Быстродействие процессоров растет, но у них постоянно возникают проблемы со скоростью передачи информации, поскольку скорость распространения электромагнитных волн в медных проводах и света в оптико-волоконных кабелях прежнему остается равной 20 см/нс, независимо от того, насколько умны инженеры компании Intel. Кроме того, чем быстрее работает процессор, тем сильнее он нагревается, поэтому возникает задача защиты его от перегрева.

Разработчики компьютеров стремятся к тому, чтобы повысить производительность своих машин. Один из способов заставить процессоры работать быстрее - повышение их тактовой частоты, однако при этом существуют технологические ограничения. Поэтому большинство разработчиков для повышения производительности при данной тактовой частоте процессора используют параллелизм (выполнение двух или более операций одновременно).

Существует две основные формы параллелизма: параллелизм на уровне команд и параллелизм на уровне процессоров. В первом случае параллелизм реализуется за счет запуска большого количества команд каждую секунду. Во втором случае над одним заданием работают одновременно несколько процессоров. Каждый подход имеет свои преимущества.

Параллелизм можно вводить на разных уровнях. На самом низком уровне он может быть реализован в процессоре за счет конвейеризации и суперскалярной архитектуры с несколькими функциональными блоками.

На следующем уровне возможно внедрение в систему внешних плат ЦП с улучшенными вычислительными возможностями. Как правило, в подключаемых процессорах реализуются специальные функции, такие как обработка сетевых пакетов, обработка мультимедийных данных, криптография. Производительность специализированных приложений за счет этих функций может быть повышена в 5-10 раз.

Чтобы повысить производительность в сто, тысячу или миллион раз, необходимо свести воедино многочисленные процессоры и обеспечить их эффективное взаимодействие. Этот принцип реализуется в виде больших мультипроцессорных систем и мультикомпьютеров (кластерных компьютеров). Естественно, объединение тысяч процессоров в единую систему порождает новые проблемы, которые нужно решать.

Наконец, в последнее время появилась возможность интеграции через Интернет целых организаций. В результате формируются слабо связанные распределенные вычислительные сетки, или решетки. Такие системы только начинают развиваться, но их потенциал весьма высок.

Когда два процессора или обрабатывающих элемента находятся рядом и обмениваются большими объемами данных с небольшими задержками, они называются сильно связанными (tightly coupled). Соответственно, когда два процессора или обрабатывающих элемента располагаются далеко друг от друга и обмениваются небольшими объемами данных с большими задержками, они называются слабо связанными (loosely coupled). [2]

Оглавление

- введение 3

- Классификация параллельных ВС

- Классификация Флинна

- Системы с общей и распределенной памятью

- Конвейеры операций

- Конвейеры

- Оценка производительности идеального конвейера

- Конфликты в конвейере и способы минимизации их влияния на производительность процессора

- Суперскалярные архитектуры

- Работа суперскалярного конвейера

- Трудности реализации

- Историческая справка

- VLIW-архитектура

- Аппаратно-программный комплекс VLIW

- Устройство VLIW-процессора

- Принцип действия VLIW-компилятора

- Трудности реализации VLIW

- Предсказание переходов

- Матричные процессоры

- Матричные процессоры

- Векторный процессор

- Внутрипроцессорная многопоточность

- Многопоточность в Pentium 4

- Закон Амдала. Закон Густафсона

- Ускорение, эффективность, загрузка и качество

- Закон Амдала

- Закон Густафсона

- вывод

- список литературы 50

Список литературы

1. Корнеев В.В. Вычислительные системы.-М.:Гелиос APB, 2004.-512с., ил.- с. 34-46

2. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера/Пер. с англ.- 4-е изд. Учебник для вузов.-СПб.: Питер, 2003 698 с. : ил.

3. Барский А.Б. Параллельные информационные технологии: Учебное пособие/А.Б. Барский.-М.: Интернет-университет информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.-503 с.: ил.,таб.-(серия "Основы информационных технологий")- с.20-28, с.56-58.

4. Цилькер, Б. Я. Организация ЭВМ и систем : Учебник для вузов.-СПб.: Питер, 2007.-668с.: ил- с. 481-492

5. Куприянов М.С., Петров Г.А., Пузанков Д.В. Процессор Pentium: Архитектура и программирование. /ГЭТУ-СПб., 1995.-277с -с. 11-17

6. Гук М, Юров В. Процессоры Pentium 4, Atlon и Duron.-СПб.: Питер, 2001.-512 с.: ил- с. 42-46

7. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. - М.: Наука, 1980. - 518 с.

8. Шпаковский Г.И. Архитектура параллельных ЭВМ: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Университетское, 1989. - 192 с.

9. Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ / Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985. - 360 с.

10. Хокни З., Джессхоуп К. Параллельные ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1986. - 389 с.

11. http://www.tver.mesi.ru/е-lib/res/628/11/2.html - Интернет-университет информационных технологий - дистанционное образование