Többprocesszoros rendszerek
Munka neve: Többprocesszoros rendszerek
Terület: Informatika, Cybernetics és Programozás
Leírás: A kifejezés arra is utal, hogy egy rendszer képes több processzort támogatni, vagy képes feladatokat terjeszteni közöttük. A hardver és az operációs rendszer szoftverének tervezési szempontjai együttesen határozzák meg a rendszer szimmetriáját vagy hiányát. Gyakran többprocesszoros rendszerek könnyebben megtervezhetők, ha ilyen korlátozásokat vezetnek be, de általában kevésbé hatékonyak, mint azok a rendszerek, amelyekben minden processzort használnak.
Fájlméret: 31.16 KB Töltse le most
A munkát letöltötték: 54 fő.
A Wikipédiából # 151; ingyenes enciklopédia
Többprocesszoros (többprocesszoros, többprocesszoros) # 151; Pár vagy több fizikai processzor használata egy számítógépes rendszerben. Ez a kifejezés arra is utal, hogy egy rendszer több processzort támogat és / vagy a feladatok közötti terjesztési képességet. Vannak sok változat e fogalom és meghatározása a többprocesszoros változhat a szövegkörnyezettől függően, elsősorban attól függően, hogy milyen az azonosított processzorok (sok kristálymag egyetlen chip. A több zseton egy házban, a burkolatok sokasága egy rendszer modul, és így tovább. D ) ..
A többprocesszoros rendszer néha úgynevezett több párhuzamos programfolyamat végrehajtása a rendszerben, szemben egy folyamatot bármikor végrehajtva. Azonban a többfeladatú vagy többprogramos kifejezések jobban alkalmasak ennek a koncepciónak a leírására, amelyet főként szoftverek hajtanak végre. míg a többprocesszoros rendszer alkalmasabb többféle hardveres processzor használatára. A rendszer nem lehet többprocesszoros és többprogramozott, csak az egyik a kettő, vagy egyik sem a másik.
- 1 típus
- 1.1 A processzor szimmetriája
- 1.2 Parancs és adatáramok
- 1.3 Processzor csatlakozások
- 2 Programszerű megvalósítások
- 2.1 Többszörös feldolgozás a SISD-vel
- 2.2 Multiprocessing SIMD
- 2.3 Multiprocessing MISD
- 2.4 Multiprocessing MIMD
- 3 Referenciák
Egy többprocesszoros rendszerben minden processzor egyenlő lehet, vagy egyesek speciális célokra lehetnek fenntartva. A hardver és az operációs rendszer szoftverének tervezési szempontjainak kombinációja meghatározza a szimmetriát (vagy annak hiányát) egy adott rendszerben. Például a hardver vagy szoftver megfontolások megkövetelhetik, hogy csak egy központi processzor válaszoljon minden hardveres megszakításra, míg a rendszeren belül minden más munkát egyenlően lehet elosztani a processzorok között; vagy a kiváltságos üzemmódkód végrehajtása csak egy processzorra (vagy egy adott processzorra vagy egy processzorra egy időben) korlátozható, miközben a processzorok bármilyen kombinációján kivételes üzemmódkód is végrehajtható. Gyakran többprocesszoros rendszerek könnyebben megtervezhetők, ha ilyen korlátozásokat vezetnek be, de általában kevésbé hatékonyak, mint az összes CPU-t használó rendszerek.
Systems, hogy feldolgozza az összes CPU-k ugyanazt, az úgynevezett szimmetrikus többprocesszoros rendszer (SMP). Azokban a rendszerekben, ahol az összes CPU-kat nem egyenlő a rendszer erőforrásait osztható sok szempontból, többek aszimmetrikus többprocesszoros (ASMP), többfeladatos az egyenlőtlen memória-hozzáférés (NUMA) és fürtözött többprocesszoros (qq.v.).
Parancs és adatáramlás
Egy multi-processing processzorok lehet használni, hogy végre olyan utasítások sorozata több kontextusban (egyszeri gépi utasítást. Több adat vagy SIMD. Gyakran használják vektor feldolgozás), többszörös szekvenciák utasításokat egyetlen kontextusban ( „többszörös utasítás áramot, egyetlen adatfolyam” vagy építészet MISD . használt redundancia és hibatűrő rendszerek néha leírására használják Szállítószalag vagy hyper-threading processzorok), vagy többszörös e utasítások sorozata több kontextusban ( „többszörös utasítás áramot, több adatfolyam” vagy MIMD).
A több processzoros (többmagos) chipek több processzort tartalmaznak, egy chip-sémában helyezkednek el, és a leghatékonyabb multiprocesszoros formában tekinthetők erős kommunikációnak. Többprocesszoros mainframe rendszerek # 151; gyakran erős összekapcsolású rendszerek.
Többprocesszoros rendszerek rugalmas kommunikációval (angol, lazán kapcsolt többprocesszoros rendszerek), gyakran klaszterek. amely több különálló, egy vagy két számítógépen alapul, amelyek nagysebességű kommunikációs rendszeren keresztül csatlakoznak (például Gigabit Ethernet). A Beowulf klaszter Linux alatt fut # 151; egy rugalmasan kapcsolódó rendszer példája.
Az erős összekapcsolású rendszerek jobban és fizikailag jobban működnek, mint a rugalmasan kapcsolódó rendszerek, de történelmileg nagy kezdeti beruházást igényeltek és gyorsan amortizálhatók; csomópontok egy lazán kapcsolt rendszerben # 151; általában alacsony költségű számítógépek, és önálló gépekként használhatók a klaszter eltávolítása után.
Az erős összekapcsolású rendszerek sokkal energiatakarékosabbak. mint a klaszterek. Jelentős energiahatékonyság érhető el, mivel az ilyen rendszerekben lévő komponensek előre tervezték, hogy egy adott rendszerben dolgozhassanak, miközben a rugalmasan kapcsolódó rendszerek gyakran olyan összetevőket használnak, amelyek szélesebb rendszerosztályban működnek.
Többszörös feldolgozás a SISD-vel
Egyetlen vezérlőfolyamattal és egyetlen adatfolyammal rendelkező számítógép esetén egy processzor egymás után feldolgozza a parancsokat; minden gép utasítás egy adatelemet feldolgoz. példa # 151; von Neumann architektúra.
Multiprocessing SIMD
Egyetlen parancssugárral és többszörös adatfolyammal rendelkező számítógéppel egy processzor feldolgozza az utasításfolyamat, amelyek mindegyike párhuzamos számításokat hajthat végre több adaton.
Többprocesszoros SIMD alkalmas párhuzamos vagy vektoros feldolgozásra, ahol nagy mennyiségű adat osztható részekre, amelyeket azonos, de független műveletek végeznek. Egyetlen parancssort irányít [hol? ] multiprogramozó modulok működtetése hasonló manipulációk egyidejű végrehajtására potenciálisan nagy mennyiségű adat esetén.
Bizonyos számítástechnikai alkalmazások esetében ez a fajta architektúra jelentősen növelheti a termelékenységet az eltöltött idő tekintetében. Azonban az architektúra hátránya, hogy a rendszer nagy része készenléti állapotba kerül, amikor olyan programokat vagy rendszerfeladatokat futtat, amelyek nem oszthatók párhuzamosan feldolgozható modulokra (subtasks).
Többprocesszoros A SIMD egyes területeken széles körben használatos, például számítógépes modellezés. de kevéssé használható egy univerzális asztali számítógépen és üzleti feladatokban.
Többprocesszoros MISD
Többprocesszoros több utasítás áramot egyetlen adatfolyamot, és az az előnye, főleg azért, mert a redundancia párhuzamosan futó modulokat hajtsa végre a feladatot ugyanazokat az adatokat, csökkentve a hibás eredmény, ha az egyik modul meghibásodik. Az MISD architektúra lehetővé teszi a számítások eredményeinek összehasonlítását a hibák észlelése céljából. A redundancia és a hibatűrés mellett ez a többprocesszoros technológia kevés előnnyel jár. Ezenkívül súlyosan mérlegel. Nem növeli a teljesítményt.
Multiprocessing MIMD
A többprocesszoros MIMD architektúrája számos különböző feladat elvégzésére alkalmas, amelyekben különböző adatkészletekkel kapcsolatos parancsok teljesen független és párhuzamos végrehajtása valósul meg. Emiatt és mivel könnyen megvalósítható, a MIMD domináns a többprocesszoros folyamatokban.
A feldolgozás több szálra van felosztva, mindegyik saját processzor saját hardverállapotával, egy folyamatban definiált folyamaton belül vagy több folyamaton belül. Mivel a rendszerben több szál van végrehajtva (rendszer vagy felhasználói szálak), ez az architektúra hatékony hardvereszközöket használ.
A MIMD lehetnek problémák egymással összefüggő és a verseny a forrásokért, mint patakok, megpróbál hozzáférni az erőforrásokhoz, szembesülhetnek kiszámíthatatlan módon. MIMD igényel speciális kódolás az operációs rendszer, de nem igényli az alkalmazási program, kivéve azokat az eseteket, amikor a program maga segítségével több folyam (MIMD átlátszó a egyszálú program fut a legtöbb operációs rendszer, ha a program nem adja fel a részét a környezeti menedzsment). És a rendszer és felhasználói szoftverek is kell használni a programozási konstrukciók, mint a szemafor. hogy megakadályozzák az egyik szál beavatkozó másik, ha azok tartalmaznak egy linket, ugyanazokat az adatokat. Egy ilyen intézkedés növeli kód bonyolultságát, csökkenti a teljesítményt és jelentősen megnöveli az előírt vizsgálatok, bár általában nem tagadja előnyeit többprocesszoros.
Hasonló ütközések fordulhatnak elő a processzorok hardverszintjén, és rendszerint hardverekkel vagy szoftverek és hardverek kombinációjával kell megoldani.
2 Többprocesszoros rendszerek
2.1 A többprocesszoros rendszerek leírása
A komplex problémákat nagyszámú számítással és a "klasszikus" # 150; a von Neumann-számítógépes rendszer szerint többprocesszoros számítógépes rendszerek (MVS) megjelenéséhez vezetett. Az ilyen számítógépes eszközök használata lehetővé teszi számottevően növelni a számítógép termelékenységét a számítógépes eszközök bármely meglévő fejlettségi szintjén. Ugyanakkor a hagyományos - következetes - technológiai megoldások "párhuzamos" generalizálása szükséges a számítógéppel kapcsolatos problémák megoldásához. Így az AIM esetében a numerikus módszereket úgy kell megtervezni, mint párhuzamos és kölcsönható folyamatok rendszereit, amelyeket független processzorokon lehet végrehajtani. Az alkalmazott algoritmikus nyelvek és a rendszerszoftvereknek párhuzamos programokat kell létrehozniuk, szinkronizálniuk kell az aszinkron folyamatokat, és ki kell zárniuk egymást.
2.2 A multiprocesszorra vonatkozó általános követelmények
A különböző számítógépek összehasonlításához a szokásos teljesítménymérési módszereket használják. Ezek a technikák lehetővé teszik a fejlesztők és a felhasználók számára az eredményül kapott kvantitatív indikátorok használatát a technikai megoldások értékeléséhez, és végül a termelékenység és a költség, amely a felhasználó számára racionális alapot nyújt annak eldöntéséhez, hogy melyik számítógépet válasszák.
Megbízhatóság és hibatűrés. A számítógépes rendszerek legfontosabb jellemzője a megbízhatóság. Nagyobb megbízhatóság alapja a megelőzés elve meghibásodások csökkentésével a hibaszázalék és a kudarc miatt az elektronikus áramkörök és alkatrészek nagy és ultra-magas fokú integráció, csökken a beavatkozás szintjén, könnyű módok rendszerek, hő- feltételeit a munkájuk, hanem azáltal, hogy javítja a berendezés összeszerelési technikák . Hibatűrés - ez a tulajdonság a számítógépes rendszer, amely, mint egy logikai meghajtó, a képesség, hogy továbbra is meghatározott akciók program bekövetkezése után a hiba. A hibatűrés bevezetéséhez redundáns hardver és szoftver szükséges. A hibák megakadályozásával és hibatűréssel kapcsolatos utasítások a megbízhatósági probléma fő kérdései. A számítási rendszerek párhuzamosságának és hibatűrésének fogalma természetesen kapcsolódik egymáshoz, mivel mindkét esetben további funkcionális komponensek szükségesek. Ezért valójában a párhuzamos számítástechnikai rendszereknél a legmagasabb teljesítményt és sok esetben igen nagy megbízhatóságot érnek el. A rendelkezésre álló redundanciaforrások párhuzamos rendszerekben rugalmasan használhatók mind a teljesítmény, mind a megbízhatóság szempontjából. A többprocesszoros és többgépes rendszerek felépítése az automatikus újrakonfiguráláshoz igazodik, és lehetővé teszi a rendszer működésének folytatását a hibák előfordulása után. Nem szabad elfelejteni, hogy a megbízhatóság fogalma magában foglalja nemcsak a hardvert, hanem a szoftvert is. A rendszerek megbízhatóságának javításának fő célja a rajtuk tárolt adatok integritása.
Skálázhatóság. A méretezhetőség növelheti a processzorok számát és teljesítményét, a számítástechnikai rendszer működési és külső memóriájának és egyéb erőforrásainak mennyiségét. A skálázhatóságot a számítógép architektúrája és tervezése, valamint a megfelelő szoftvereszközök biztosítják. Az egyes új processzorok valóban skálázható rendszerben történő bevezetése várhatóan megnövelt teljesítményt és átvitelt eredményez, megfizethető áron. A skálázható rendszerek kiépítésének egyik fő feladata a számítógépes bővítés költségeinek minimalizálása és a tervezés egyszerűsítése. Ideális esetben a processzorok hozzáadásával a rendszer teljesítményének lineáris növekedését eredményezheti. Ez azonban nem minden esetben lehetséges. teljesítmény veszteség is előfordulhat, például elégtelen sávszélesség gumiabroncs forgalom miatt közötti növekedés a feldolgozók és a fő memória, valamint a memória és I / O eszközöket. Valójában a termelékenység valódi növekedését nehéz előre becsülni, mert nagymértékben függ az alkalmazott problémák viselkedésének dinamikájától. A rendszer skálázhatóságát nemcsak a hardverarchitektúra határozza meg, hanem a szoftver beágyazott tulajdonságaitól függ. A szoftver skálázhatósága érinti az összes szintjét az egyszerű üzenetküldő mechanizmusoktól az összetett objektumokkal, például a tranzakciós monitorokkal és a teljes alkalmazási környezetvel. A szoftvernek minimálisra kell csökkentenie az interprocesszoros kommunikációs forgalmat, ami megakadályozhatja a rendszer teljesítményének lineáris növekedését. A hardverek (processzorok, buszok és I / O eszközök) csak egy skálázható architektúra részét képezik, amelyen a szoftver képes kiszámítható teljesítménynövekedésre. Fontos megérteni, hogy egy egyszerű átmenet, például egy nagyobb teljesítményű processzor túlterheléshez vezethet más rendszerösszetevők számára. Ez azt jelenti, hogy egy igazán méretezhető rendszernek kiegyensúlyozottnak kell lennie minden paraméteren.
A szoftver kompatibilitása és mobilitása A szoftverkompatibilitás fogalmát első ízben széles körben alkalmazták az IBM / 360 rendszer fejlesztői. A fő cél a tervezés a teljes sorozat modelljei a rendszer létrehozása volt ilyen architektúra, amely azonos lenne a szempontból a felhasználó rendszer minden modell árától függetlenül teljesítmény mindegyik. Hatalmas előnye ennek a megközelítésnek, hogy fenntartsák a jelenlegi szoftver hátralék való áttérés során az új (általában termékenyebb) modell hamar értékelni mind a számítógép gyártók és a felhasználók számára, és azóta szinte minden cég szállítói számítástechnikai berendezések elfogadta ezeket az elveket , kompatibilis számítógépek sorozatát szállítva. Meg kell jegyezni azonban, hogy az idő múlásával, még a legfejlettebb építészeti elkerülhetetlenül elavulttá válik, és szükség van a radikális változtatásokat az építészet és módszerek a szervezet informatikai rendszereket.