11.02.05. Ошибка! Закладка не определена.

Назначение области применения. Способы оценки производительности МПС. 2

Отличительные особенности МПВС. 2

Единицы оценки производительности: 2

Условия предъявляемые к памяти. 2

Иерархия памяти. 2

Классификация многопроцессорных с-м. 2

Мультипроцессоры. 3

Мультикомпьютеры. 3

25.02.05. 2 лекция. 3

Примеры. 3

Массивно-параллельные процессоры класса SIMD (см 1 лекцию). 3

Разница между ILLIAC IV и СМ – 2, 3. 3

Построение с-мы связи между элементами. 3

С-ма с векторными процессорами класса SIMD. 4

С-ма MIMD. 4

Gray T3E (продавались в 90-х годах). 4

Кластерные с-мы. 4

Некоторые принципы построения коммуникационных сетей. 5

Мультипроцессоры. 5

Типовые решение для разгрузки памяти. 5

Протокол MESI. 5

Лекция 4. 6

Оценка производительности и зависимость производительности от числа процессоров. 6

Концепция GRID вычислений. 6

Обзор технологий //-го программирования. 6

Технология //-го программирования OpenMp. 7

Другая с-ма MPI (Message Passing Interface) – интерфейс и с-ма обмена сообщениями. 7

Лекция 5. 7

Расчёты надёжности аппаратных и программных средств. 7

Характеристики восстанавливаемых изделий. 8

Типовые способы повышения надёжности. 8

Информационное резервирование. 8

Временное резервирование. 8

Расчёт надёжности невосстанавливаемой аппаратуры. 8

Надёжностные схемы. 9

Расчёт надёжности восстанавливаемых с-м. 9

Методика расчёта надёжности восстанавливаемых систем. 9

Надёжность программного обеспечения. 10

Статистика причин обуславливающая ошибки ПО. 10

Расчёт надёжности ПО. 10

Модель Джелинского – Моранды. 10

Назначение области применения. Способы оценки производительности МПС.

1950 год, 1-я машина: производительность = 200 опер/сек. Задача обеспечить скорость расчёта: на уровне предприятия; ПЭВМ; сети, которые развиваются в сетевые технологии. Далее объединение в глобальные и корпоративные. Компьютерные технологии электронного товарооборота – хранение в сетевых хранилищах данных. Системы корпоративных глобальных отделений – общие хранилища данных, поддержка в постоянном рабочем состоянии, требовали мощных вычислительных машин (серверов), имели нес-ко процессоров.

Два направления высокопроизводительных систем:

1) Научные задачи с использованием сверх мощных ресурсов (Grant challenger) решаемых супер ЭВМ – многопроцессорный комплекс, для решения высокопроизводительных задач. 2) Распределённые вычисления (GRID) – большую вычислительную мощность обеспечивает большое число компьютеров, объединённых глобальной сетью.

Проблемы глобальных задач решений:

- предсказание погоды, климата, глобальных изменений в атмосфере;

- область структурной биологии и генетики (область, где моделируют цепочку генов);

- разработка фармацевтических препаратов;

- астрономия;

- управляемый термоядерный синтез;

- разведка недров на нефть и газ и т.д.

Отличительные особенности МПВС.

1) Высокая производительность – кол-во операций в единицу времени;

2) Это с-мы высокой надёжности (отказоустойчивые с-мы). Отказоустойчивость – это возможность функционирования ВС при отказе её отдельных компонентов (например, процессора).

Единицы оценки производительности:

Пиковая производительность; реальная производительность. Пиковая – величина равная произведению max производительности 1-го процессора на число процессоров в с-ме. Пример: дано 16 процессоров, за один такт выполняется одна операция, f = 1Ггц. Пиковая производительность? Решение: 1 такт: T = 1/f = 10^-9c = 1нс. За секунду процессор совершает 10⁹ операций. Если процессоры (16 шт) работают параллельно, то пиковая производительность = 16*10⁹ опер/сек = MIPS (Million Instructions Per Second) = 16000 MIPS. Пиковая производительность современных высокопроизводительных ВС описывается тера MIPS. Тера = 10¹² опер/сек. Но при выполнении операций происходит обращение к памяти и не могут работать все 16 процессоров. Здесь это не учтено, т.о. в действительности этого достичь нельзя.

Условия предъявляемые к памяти.

Память оказывает большое влияние на производительность. Условия предъявляемые к памяти:

- условие по быстродействию (чтобы память работала в те… в таком же процессоре) = 10Ггц;

- условие по объему памяти (ОС и оболочка должна содержаться и набор прикладных программ) = 10Гб.

- условия стоимости.

Иерархия памяти.

1. КЭШ – память: п/п память, обычно на статических триггерах. SRAM. Обеспечивает характеристики быстродействия f = 0,5 ÷ 2Ггц – дорогая (10$ за 1 Мб, примерно 1 – 4Мб делают её дорогой).

2. Оперативная (основная) память – п/п, на динамических элементах (отличие от статической – для 1 бита один интегральный тр-р, а в статической 1 упрощённый тригер), память весьма компактная и более дешёвая (от 0,1 – 1$ pf 1Мб), но медленнее чем КЭШ. Недостаток – после выключения ни чего не сохраняется. Рабочая частота – 0,1Ггц.

3. Внешняя память – винчестер – с использованием магнитных принципов данные сохраняются (энергонезависимая), дешевая (0,001$ - за 1 Мб), медленная (время доступа ­­­ 10 мс).

Более реальные оценки производительности получают не умножая, а пропуская через с-му стандартные тесты (наборы задач). Прежде всего это наборы математических задач. Самые известные тесты – LINPACK – набор программ, предназначенных для решения с-м линейных алгебраических ур-ний. По тестам LINPACK создаётся список самых производительных компьютеров (Top 500) (сайт: www.parallel.ru – сайт МГУ). LINPACK имеет особенность разделения работы на все процессоры.

Тест Ливерморские циклы – набор задач, где чередуются и математические задачи и мультимедийные задачи.

Пакет NAS Parallel Benchmark.

Результаты: Flops – число операций с плавающей точкой, производимых компьютером за 1 сек. Flops – floating point per second. Производительность оценивается в MFlop, FFlop, а лучше всего TopsFlop.

Классификация многопроцессорных с-м.

Классификация предложена Флинном. Классифицировать в зависимости от того, как организованы потоки данных и команд. Выделяют всего 4 Флинн с-м.

1. SISD (Single Instruction Single Date) – имеет один поток команд и один поток данных.

Поток команд дешифрируется и разбивается на части.

2. SIMD (Single Instruction Multiple Date) – с-мы, в которых один поток инструкций управляет несколькими потоками данных (рис*). Здесь удобно обрабатывать данные типа векторов.

3. MISD (Multiple Instruction Single Date) – множество потоков команд обрабатывает один поток данных (такие с-мы сейчас не известны).

4. MIMD – много потоков команд обрабатывает много потоков данных.

Память может быть разделена каким-то образом.

Классы	SISD	SIMD		MISD	MIMD
Подклассы	ПЭВМ, не расширяется	С-мы с векторными процессорами (для решения задач линейной алгебры)	Массивно-параллельный процессор (множество АЛУ работают под управлением одного УУ) МРР	Не расширяется, пустой класс	Подкласс мультипроцессоров (т.е. с-ма, где обмен данными между процессорами в основном идёт через память)	Мульти - компьютеры – нет общей памяти, есть локальная память

Мульти - компьютеры – имеют с-му связи и связные процессоры. Подклассы делятся на некоторые типы с-м.

Мультипроцессоры.

И меют строго общую память и строго общие шины. Все обмены между процессорами идут через память SMP (Segmenting Multi Processor) – с-мы с единым доступом к памяти (UMA – Unifom Memory Access).

Мультипроцессор с локальной памятью (ЛП). ЛП содержит оттиски общей памяти (копии страниц). В ЛП должны быть те же данные, что и в ОП. Память с быстрым доступом. NUMA с-мы – с неоднородным доступом к памяти.

Мультикомпьютеры.

Существуют две подгруппы – кластеры; массивно-параллельные процессоры (МРР). МРР с-мы состоят из массивов одинаковых обрабатывающих элементов (процессор плюс память), работающий каждый по своей программе и объединённых сетью связей. Это однородная с-ма (много процессоров и одна сеть связи). Кластеры – с-ма многоуровневая, на каждом уровне есть набор обрабатывающих устройств и своя сеть связи.

Пример: Симметричные вычисления и общая сеть связи. 1 уровень кластера (SRM с-ма); 2 уровень – сеть связи; 3 уровень – сеть общая. Сетевые средства на каждом уровне выбирают свои, с-ма неоднородная, но более распространённая (кластеры).

25.02.05. 2 лекция.

Если необходимо достичь производительности в 1000 ГГц, а текущие процессоры имеют производительность 3 ГГц.  света в вакууме = 30 см/нс. В медных проводах  20 см/нс. При 3 ГГц, то свет может пробежать 6 см за один такт. Если будет 100 ГГц, то расстояние, которое электромагнитная волна пробежит за 1 такт 2 мм (характерный размер проца).

М ногопроцессорная с-ма подразумевает // - ную работу нес-ких процессоров. (на персоналке) однопроцессорная с-ма.

ИГ (информационный граф).

Тs – последовательное; Тр – параллельное; S + P = 1. (S, P - доли). Тогда общее время на // - ой машине Т=Тs+Тр = (S + P/N)T₀ (N - кол-во процессоров). Пусть на обычном последовательном компьютере операция выполняется за время Т₀. k – коэффициент ускорения вычислений. , при увеличении N, коэффициент ускорения не может быть больше S, т.е. при N   k = S (S – доля операций) – закон Амдала.

Примеры.

Массивно-параллельные процессоры класса SIMD (см 1 лекцию).

И меет одно управляющее устройство и много исполняющих.

Т.к. данные между исполнительными элементами нужно передавать….

Идея таких с-м родилась давно. И первая с-ма, построенная по этому принципу 30 лет назад. Пример: ILLIAC IV – для космических исследований в США, СМ – 2, 3 (коммерческие проекты). Предназначена для узкого круга задач, связанных с физическим моделированием полей. ПЭ – процессорный элемент, МП – модуль памяти.

Разница между ILLIAC IV и СМ – 2, 3.

В СМ – 2, 3 использовался более простой ПЭ. ПЭ – АЛУ для обработки одного двоичного разряда. В ILLIAC IV в качестве ПЭ использовался 16-ти разрядный процессор с большим кол-вом команд.

Построение с-мы связи между элементами.

1. Связь по кольцу плюс одномерная с-ма связи. Если передач данных не много, то данный вариант удовлетворяет запросы.

2. Решетка – двумерная с-ма. Больше связей, чем у кольца, но и связываться становится легче, т.к. число процессоров которое придётся потревожить пропорционально N (а у кольца N).

3. Гипер куб. Одноименные вершины объединяются связями между собой. Характеризуется характерным соотношением числа связей Log₂N.

С-ма с векторными процессорами класса SIMD.

Вектор длинный набор данных, состоящий из отдельных координат. Все составляющие вектора обрабатываются одинаково по одной команде. Представители Gray – 1 (1976г) (Семуэль Крэй). Японцы в 2003 г. закончили работу над с-мой «The Earth Simulator» он состоял из 640 вычислительных узлов, в каждом из которых по 8 процессоров.

G ray C90 (эталон построения векторных с-м) выпускалась на рубеже 80х – 90х годов. Все процессоры объединяются ОП. Секция ввода/вывода отвечает за взаимодействие с внешними устройствами. Память делят на отдельные секции и отдельные банки. В ОП всего выделяют 1024 банка и последовательные слова размещают по банкам с чередованием банков. При считывании возможно обращение к банкам т.е. ко второй, до завершения работы с первой. Данный процесс приводит к ускорению ОП. Все взаимодействия с данными замыкается на ОП. Все взаимодействия с командами замыкается на секции процессорного взаимодействия.