На сайті 11893 реферати!

Усе доступно безкоштовно, тому ми не платимо винагороди за додавання.
Авторські права на реферати належать їх авторам.

Паралельні обчислювальні системи

Реферати > Комп'ютерні науки > Паралельні обчислювальні системи

Зміст.

Вступ . 3

1. Паралельні обчислювальні системи 5

2. Моделі паралельних комп’ютерів 8

2.1. SIMD . 9

2.2. MIMD . 10

3. Поняття і термінологія паралельного програмного забезпечення 15

3.1. Процеси та співпроцеси . 18

3.2. Канали 19

3.3. Семафори . 21

4. Моделі паралельних обчислень . 22

4.1. Модель процес/канал . 22

4.2. Модель обмін повідомленнями 23

4.3. Модель паралелізм даних 25

4.4. Модель загальна пам’ять 25

Висновок 26

Література 29

Вступ

У міру того, як комп’ютери стають усе більш швидкими, може виникнути думка, що комп’ютери, у кінцевому рахунку, стануть “досить швидкими”, і що потреба збільшення обчислювальної потужності буде поступово зменшуватися. Однак історія розвитку комп’ютерів показує, що в міру того як нова технологія задовольняє уже відомі прикладні задачі, з’являються нові, інтерес до яких був викликаний цією технологією і які тепер вимагають розробки ще більш нової технології і так далі. Так, наприклад, перші дослідження ринку збуту фірмою Cray Research пророкували ринок у десяток суперкомп’ютерів, однак з тих пір було продано тисячі суперкомп’ютерів.

Традиційно, збільшення обчислювальної потужності мотивувалося числовими моделюваннями складних систем, таким як автомобілебудування, нафто- і газовидобування, фармакологія, прогноз погоди і моделювання зміни клімату, сейсмологічна розвідка, проектування електронних та механічних пристроїв, синтез нових матеріалів, виробничі процеси, фізичні і хімічні процеси. Однак, на сьогоднішній день найбільш істотними силами, що вимагають розробки більш швидких комп’ютерів, стають комерційні додатки, для яких необхідно, щоб комп’ютер був здатний обробити величезні об’єми даних, причому використовуючи різноманіття складних методів. Ці додатки, включають бази даних (особливо, якщо вони використовуються при прийнятті рішень), відеоконференції, спільні робітничі середовища, автоматизацію діагностування в медицині, розвинуту графіку і віртуальну реальність (особливо для промисловості розваг).

Хоча комерційні додатки можуть у достатній мірі визначити архітектуру більшості майбутніх паралельних комп’ютерів, традиційні наукові додатки будуть залишатися важливими споживачами паралельних обчислювальних технологій. Дійсно, оскільки нелінійні ефекти ускладнюють розуміння теоретичних досліджень, експерименти стають усе більш і більш дорогими, непрактичними чи неможливими з політичних чи яких-небудь інших причин (наприклад, США проводить ядерні іспити, використовуючи лише суперкомп’ютери), то обчислювальні дослідження складних систем стають усе більш і більш важливими. Обчислювальні витрати, звичайно, збільшуються як четвертий ступінь і навіть більше від точності обчислень. Наукові дослідження часто характеризуються великими вимогами до обсягу пам’яті, підвищеними вимогами до організації введення-введення.

Відомо багато фактів, де використання суперкомп’ютерів допомогло уникнути великих витрат коштів, часу, людських ресурсів. Ось деякі з них:

· у 1995 році корпус автомобіля Nissan Maxima вдалося зробити на 10% міцнішим завдяки використанню суперкомп’ютера фірми Cray (The Atlanta Journal, 28 травня, 1995г). За допомогою нього були знайдені не тільки слабкі місця кузова, але і найбільш ефективний спосіб їхнього вилучення;

· розвиток однієї з найбільших світових систем резервування Amadeus, використовуваної тисячами агентств із 180.000 терміналів у більш ніж ста країнах. Встановлення двох серверів Hewlett-Packard T600 по 12 процесорів у кожному дозволила довести ступінь оперативної приступності центральної системи до 99.85% при поточній завантаженні близько 60 мільйонів запитів у добу.

І таких прикладів можна знайти всюди. У свій час дослідники фірми DuPont шукали заміну хлорофлюорокарбону. Потрібно було знайти матеріал, що має ті ж позитивні якості: незаймистість, стійкість до корозії і низьку токсичність, але без шкідливого впливу на озоновий шар Землі. За один тиждень були проведені необхідні розрахунки на суперкомп’ютері з загальними витратами близько 5 тисяч доларів. По оцінках фахівців DuPont, при використання традиційних експериментальних методів досліджень необхідно було б біля трьох місяців і 50 тисяч доларів і це без обліку часу, необхідного на синтез і очищення необхідної кількості речовини.

Наведених факти свідчать про важливість та необхідність розвитку суперкомп’ютерів. За цим стоїть ціла низка проблем, які потрібно вирішувати і які будуть представлені нижче.

1. Паралельні обчислювальні системи.

Визначень суперкомп’ютерам намагалися давати багато, іноді серйозних, іноді іронічних. Паралельний комп’ютер - це набір процесорів, здатних спільно працювати при вирішенні обчислювальних задач. Таке визначення достатньо широке, що включає як паралельні суперкомп’ютери, що мають сотні чи тисячі процесорів, так і мережі робочих станцій. Коли ця тема піднімалася в конференції comp.parallel, Кен Батчер (Ken Batcher) запропонував такий варіант: суперкомп’ютер – це пристрій, що зводить проблему обчислень до проблеми введення/виведення. Тобто те, що раніше довго обчислювалося, іноді скидаючи щось на диск, на суперкомп’ютері може виконатися миттєво, переводячи вказівники неефективності на відносно повільні пристрої введення/виведення.

Ефективність найшвидших комп’ютерів зросла майже по експоненті. Перші комп’ютери виконували кілька десятків операцій з плаваючою комою за секунду, а продуктивність паралельних комп’ютерів середини дев’яностих досягає десятків і навіть сотень мільярдів операцій у секунду, і, швидше за все цей ріст буде продовжуватися. Однак архітектура обчислювальних систем, що визначають цей ріст, змінилася радикально - від послідовної до паралельної. Ера однопроцесорних комп’ютерів продовжувалася до появи сімейства CRAY X-MP / Y-MP - слабко паралельних векторних комп’ютерів з 4 - 16 процесорами, яких у свою чергу перемінили комп’ютери з масовим паралелізмом, тобто комп’ютери з чи сотнями тисячами процесорів.

Ефективність комп’ютера залежить безпосередньо від часу, необхідного для виконання базової операції і кількості базових операцій, що можуть бути виконані одночасно. Час виконання базової операції обмежений часом виконання внутрішньої елементарної операції процесора (тактом процесора). Зменшення такту обмежене фізичними межами, такими як швидкість світла. Щоб обійти ці обмеження, виробники процесорів намагаються реалізувати паралельну роботу всередині чіпа - при виконанні елементарних і базових операцій. Однак теоретично було показано, що стратегія Надвисокого Рівня Інтеграції (Very Large Scale Integration - VLSI) є дорогою, що час виконання обчислень сильно залежить від розміру мікросхеми. Поряд з VLSI для підвищення продуктивності комп’ютера використовуються й інші способи: конвеєрна обробка (різні стадії окремих команд виконується одночасно), багатофункціональні модулі (окремі множники, суматори, і т.д., управляються одним потоком команд).

Все більше і більше в ЕОМ включається більше “обчислювальних блоків” і відповідна логіка їхнього з’єднання. Кожен такий "обчислювальний блок" має свої власні процесор, пам’ять. Успіхи VLSI технології в зменшенні числа компонент комп’ютера, полегшують створення таких ЕОМ. Крім того, оскільки, хоча і дуже приблизно, вартість ЕОМ пропорційна числу наявних у ній компонент, то збільшення інтеграції компонент дозволяє збільшити число процесорів в ЕОМ при не дуже значному підвищенні вартості.

Інша важлива тенденція розвитку обчислень – це величезне збільшення продуктивності мереж ЕОМ. Ще недавно мережі мали швидкодію в 1.5 Mбіт/с, сьогодні вже існують мережі зі швидкодією в декілька гігабіт за секунду. Поряд із збільшенням швидкодії мереж збільшується надійність передачі даних. Це дозволяє розробляти додатки, що використовують фізично розподілені ресурси, начебто вони є частинами одного багатопроцесорного комп’ютера. Наприклад, колективне використання вилучених баз даних, обробка графічних даних на одному чи декількох графічних комп’ютерах, а вивід і управління в реальному масштабі часу на робочих станціях.

Перейти на сторінку номер: 1  2  3  4  5  6  7 Версія для друкуВерсія для друку   Завантажити рефератЗавантажити реферат