BÀI TẬP LỚN MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH KIẾN TRÚC SONG SONG

 Một tập dữ liệu cùng được truyền đến một tập các bộ xử lý Mỗi bộ xử lý thực hiện một dãy lệnh khác nhau  Không tồn tại máy tính thực tế  Có thể có trong tương lai... SMP- Symmertr

CHƯƠNG 18

KIẾN TRÚC SONG

SONG

Giảng viên hướng dẫn:ts Trần Hùng

Bộ môn Khoa học máy tính

18.1 Phân loại kiến trúc máy tính

18.2 Một số kiến trúc song song thông dụng18.4 Cụm

18.5 Bộ nhớ chính không đồng dạng

 Phân loại của Michael Flynn (1966)

• SISD – Single Instruction Stream, Single Data Stream

(Cấu trúc đơn, dòng lưu chuyển dữ liệu đơn)

• SIMD - Single Instruction Stream, Multiple Data

Stream

(Cấu trúc đơn, nhiều dòng lưu chuyển dữ liệu)

• MISD – Multiple Instruction Stream, Single Data

Stream

(Cấu trúc đa lệnh, dòng lưu chuyển dữ liệu đơn)

• MIMD - Multiple Instruction, Multiple Data Stream

(Cấu trúc đa lệnh, nhiều dòng lưu chuyển dữ liệu)

tính

* Sơ đồ tổ chức

Processor Organization

Shared Memory (tighly couple)

Distributed Memory (losesly coupled)

Clusters Symmetric

Multiprocess

or (SMP)

Nonumifor

n Memory Access (NUMA)

• CU: Control Unit

• PU: Processing Unit

• MU: Memory Unit

DS IS

 Đơn dòng lệnh điều khiển đồng thời các phần

 Một tập dữ liệu cùng được truyền đến một tập các bộ xử lý

 Mỗi bộ xử lý thực hiện một dãy lệnh khác nhau

 Không tồn tại máy tính thực tế

 Có thể có trong tương lai

SMP- Symmertric multiprocessor (đa đối xứng)

• Xử lý chia sẻ bộ nhớ

• Chia sẻ bộ nhớ xử lý

• Đa xử lý đối xứng

- Chia sẻ bộ nhớ đơn giản hay vùng nhớ

- Chia sẻ bus để truy cập bộ nhớ

- Tập trung bộ nhớ để khu vực nhất định của bộ nhớ là

khoảng lành mạnh cho mỗi bộ vi xử lý

 Tập các bộ xử lý

 Các bộ xử lý đồng thời thực hiện các dãy lệnh khác nhau

 Các mô hình MIMD

• Multiprocessors (Shared Memory)

• Multicomputers (Distributed memory)

* MIMD – Share Memory

D S

D S

.

D S

D S

.

LM

LM

LM

.

.

• Máy tính có nhiều hơn 2 bộ xử lý giống nhau

• Các bộ xử lý dùng chung bộ nhớ và hệ thống I/O

• Thời gian truy cập bộ nhớ là bằng nhau với các bộ xử lý

• Tất cả các bộ xử lý chia sẻ truy nhập vào ra

• Các bộ xử lý có thể thể hiện chức năng giống nhau

• Hệ thống được điều khiển bởi 1 hệ điều hành phân tán

* Sơ đồ khối của đa xử lý

…

• Hình thức đơn giản

• Cấu trúc và giao diện tương tự như hệ thống xử lý đơn

• Tính năng sau đây được cung cấp:

- Giải quyết vấn đề - phân biệt các module trên

• Ngày nay có nhiều bộ xử lý cũng như nhiều I/O

o Đơn giản

• Giao diện vật lý và giải quyết vấn đề, sự phân

chia và chia sẻ thời gian vẫn giữ nguyên như trong một hệ thống xử lý đơn

o Linh hoạt

• Dễ dàng mở rộng

o Sản phẩm

Sự thất bại của bất kỳ thiết bị kèm theo không gây

ra sự thất bại nào cho toàn bộ hệ thống

• Hiệu suất bị giới hạn bởi thời gian chu kì bus

• Mỗi bộ xử lý nên có bộ nhớ cache của

địa phương

- Giảm số lượng truy cập bus

• Dẫn đến các vấn đề gắn kết với bộ nhớ cache

- Giải quyết trong phần cứng

điểm

 Truy cập độc lập trực tiếp của các module

bộ nhớ của mỗi bộ xử lý

 Logic cần thiết để giải quyết xung đột

 Ít hoặc không có sửa đổi để xử lý hoặc

module cần thiết

memory)

.

.

• 1 Hiệu suất tốt hơn

- mọi bộ xử lý dành cho mọi module

• 2 Có thể cấu hình các phần cùng bộ nhớ tới 1 hoặc nhiều bộ vi xử lý

- tăng cường an ninh

cổng

(Multiport Memory - Advantages)

• 1 Viết thông qua chính sách bộ nhớ cache

- không có phương tiện thuận lợi khác

• Luồng dữ liệu riêng biệt giữa các thành phần độc lập

• Có thể đệm yêu cầu thực hiện trọng tài và thời gian

• Vượt qua tình trạng và kiểm soát, thực hiện bộ nhớ

cache cập nhật cảnh báo

• Giao diện đến các module vẫn như cũ

• Nhược điểm:

- Bộ điều khiển khá phức tạp

- Tiềm năng hiệu suất nút cổ chai

Unit)

• Đồng thời các quá trình xảy ra

• Bộ vi xử lý PU

- Bộ vi xử lý CISC

- Thường được sử dụng hướng dẫn cứng có dây

- 64k L1 thốn nhất với thời gian truy cập 1 chu kì

• L2 cache

-348k

• Bus chuyển đổi mạng chuyển mạch

- Bao gồm 2M của L3 cache

• Thẻ nhớ

- 8G

chính

• 1 nhóm toàn bộ máy tính kết nói với nhau

• Làm việc cùng nhau là nguồn tài nguyên thống nhất

• Tưởng tượng toàn bộ là 1 máy

• Mỗi máy được gọi là một nút

• Khả năng mở rộng tuyệt đối

• Khả năng mở rộng gia tăng

• Tính sẵn sàng cao

• Giá superior/ hiệu suất

+ Khôi phục lại các ứng dụng và dữ liệu của hệ thống ban đầu

+ Sau đó vấn đề được cố định

hành

• Cân bằng tải

- Khả năng mở rộng của hệ thống ban đầu gia tăng

- Tự động kết nối các máy tính trong lịch

- Có thể chuyển đổi giữa các máy

(tiếp)

• Ứng dụng đơn thi hành song song bên một số

- Ứng dụng được viết từ đầu là song song

- Truyền thông điệp để di chuyển dữ liệu giữa nút

- Khó khăn chương trình

- Kết quả cuối cùng tốt nhất

 Tính toán tham số

- Nếu một vấn đề được thực hiện lặp đi lặp lại trên các thuật toán bộ nhớ khavs nhau của dữ liệu

- Xây dựng mô phỏng sử dụng bản khác nhau

- Cần công cụ hiệu quả để tổ chức và chạy

• Ảnh thống nhất cho người sử dụng

• Hệ thống hình ảnh duy nhất

• Điểm duy nhất của mục

• Hệ thống phân cấp tập tin đơn

• Điểm kiểm soát đơn

• Nối mạng ảo duy nhất

• Một không gian bộ nhớ

• Một hệ thống quản lý việc

• Giao diện một người dùng

• Một không gian I/O

• Không gian của một quy trình

• Dịch chuyển quy trình

gian

• Cả hai cung cấp hỗ trợ bộ đa xử lý cho ứng dụng yêu cầu cao

• Cả hai sẵn có về mặt thương mại

- SMP lâu hơn

• SMP

- Dễ dàng quản lý và điều khiển

- Gần gũi hơn với các hệ thống xử lý đơn

- Lập kế hoạch khác

- Không gian vật lý ít

- Tiêu thụ điện năng thấp hơn

• Cluster:

- Khả năng nâng cấp tuyệt đối và gia tăng nhanh hơn

- Khởi động nhanh hơn

• Thay thế cho SMP và phân nhóm

• SMP có giới hạn thự tế có số bộ xử lý

- Lưu lượng bus giới hạn cho bộ xử lý từ 16 đến 64

• Trong cụm mỗi bus có bộ nhớ riêng

- Các ứng dụng không thấy bộ nhớ toàn cầu lớn

- Gắn hết duy nất bằng phần mền không cần phần

trong khi cho phép nút bộ đọc xử lý với mỗi bus

riêng hay hệ thống liên kết bên trong

• Mỗi nút duy trì vị trí của phần bộ nhớ trong thư mục

- Nút 2 thư mục yêu cầu thư mục của nút 1

- Nút 1 thư mục yêu cầu nội dung của 789

- Nút nhớ 1 đặt dữ liệu trên bus (nút 1 địa phương)

- Nút 1 thư mục được lấy dữ liệu trên bus

- Dữ liệu được chuyển vào thư mục của nút 2

- Nút 2 thư mục được đặt dữ kiệu trên bus

- Dữ liệu chọn đặt trong P2 của bộ nhớ cache và

chuyển đến bộ xử lý

* Memory Access Sequence(trình tự truy cập

bộ nhớ)

• Nút 1 được đặt giữa thư mục, nút 2 có bản sao

• Số thư mục cục bộ hết nếu vị trí bộ hớ theo yêu cầu của một bộ xử lý

cache)

• Hoạt động hiệu quả ở mức cao hơn song song với SMP

• Không có thay đổi phần mềm lớn

• Hiệu năng có thể phân tách nếu quá nhiều truy cập vào bbọ nhớ từ xa

Thank you for watching…

The end….