3.6. Parallel kompyuter arxítekturaları

Aldınǵı paragraflarda kóríp ótílgen buyrıqlar betíndegí parallellík tíykarında qurılǵan – konveyerlí hám superskalyar arxítekturalı processorlar kompyuterlerdíń íslew tezlíklerín, yaǵnıy kompyuterdíń jumıs ónímdarlıǵı yákí ónímdarlıǵın ádette 5-10 ese asırıw ímkaníyatın berer eken. Kompyuterler ónímdarlıǵın 50, 100 ese hám onnan kóbírek asırıw ushın – bír neshe processordan íbarat kompyuterlerdí yákí bír neshe kompyuterlerden íbarat kompyuter sístemaların jaratıw kerek eken. Usı tarawǵa tíyíslí ádebíyatlarda – sístema túsínígí, bír neshe kompyuterlerden íbarat kompyuterler jámlenbesíne qarata emes, al bír neshe processordan íbarat kompyuterge qaratada qollanıladı. Házírgí waqıtta bunday kompyuterler – kóp yadrolı processorlarǵa íye kompyuterler yákí sístemalar dep atalmaqta. Usı paragrafta míne usı túrdegí kompyuterlerdíń dúzílís tíykarları menen tanısıp shıǵamız[1,4,5,32].

Matrícalı kompyuterler. Fízíka hám texníka pánleríne sheshílíwí kerek bolǵan máselelerde – matrícalar formasındaǵı massívler yákí túrlí tártíplesken strukturalar ústínde ámeller orınlaw talap etíledí. Kóp jaǵdaylarda míne usı túrdegí kóplíkler quramına kírgen túrlí maǵlıwmatlar kóplíklerí ústínde – bír waqıtta bír qıylı esaplawlardı orınlaw kerek boladı. Bunday esaplawlardı orınlaw ushın jaratılǵan programmalardıń tártíplengenlígí hám strukturalanǵanlıǵı, olardıń bólek-bólek bólímlerín parallel tárízde orınlaw menen esaplawlardı bíraz tezlestíríw múmkín eken. Úlken ílímíy programmalardıń orınlawın tezlestíríwdíń ekí túrlí sxeması bar:

1. Bír processordı keńeytíw.

2. Esaplawlardı orınlawshı kóp processordan paydalanıw.

Bírínshí sxema tíykarında qurılǵan processorlar matrícalı hám vektorlı processorlar dep ataladı. Bunday processorlar tíykarında qurılǵan kompyuterler bolsa matrícalı kompyuterler dep ataladı.

Matrícalı processor (Аrray processor) degende –bír waqıtta kóp sanlı maǵlıwmatlar, yaǵnıy matrícanıń elementlerí ústínde, bír qıylı ízbe-ízlíkten íbarat buyrıqlardı, yaǵnıy bír qıylı ámeldí orınlaytuǵın kóp sanlı processorlar túsíníledí. Usı ídeya tíykarında qurılǵan dáslepkí kompyuter 1972 jılı AQSHtıń Illínoys uníversítetínde qurılǵan ILLIAC IV kompyuterí bolıp tabıladı.

Rejege tíykar bul kompyuter processorı, hár bírínde 8x8 ólshemdegí matríca formasındaǵı jaylastırılǵan 64 processorı bolǵan 4 kvadrattan íbarat bolıwı kerek edí. Jámí 64х4 = 256 processor (3.24-súwret).

3.24-súwret. ILLIAC IV kompyuteríníń matrícalı processorı.

Hár bír kvadrat óz aldına basqarıw blogına íye bolıp, bul bloklar kvadrant quramındaǵı processorlarǵa bír qıylı buyrıqlardı jíberíp turǵan. Kvadrant quramına kírgen processorlardıń hár bírí ózíne tíyíslí bolǵan yadtan alınǵan maǵlıwmatlardan paydalanǵan. Bunday kvadrant járdemínde bír sekundta jıljıwshı noqatlı sanlar ústínde 50 mln. ámel orınlawǵa erísílgen. Tórt kvadrant penen bolsa, sekundına 1 mlrd. ámel orınlawı názerde tutılǵan. Bíraq quramında tórt kvadranttan íbarat bolǵan, jámí 256 processorlı matrícalı processordı, yaǵnıy kóp yadrolı processordı qurıw bíraz qárejettí talap qılǵanlıǵı sebeplí ILLIAC IV kompyuterí processorınıń 64-processordan íbarat bolǵan – bír kadrantlı varíantı íslep shıǵılǵan (3.24-súwret).

Fon-neyman arxítekturasınan bíraz parıq qılatuǵın usı arxítektura, Flín klassífíkacíyasına tíykarlanıp SÍMD (Síngle Ínstructíon-stream Multíple Data-stream) kóp maǵlıwmatlar aǵımına íye bír buyrıqlar aǵımı arxítekturası dep ataladı (rus tílínde – один поток команд с несколькими потоками данных).

Kóp processorlı kompyuter esaplanǵan vektorlı processorlı (vector processor) kompyuterge mısal retínde – Cray Research fírması tárepínen íslep shıǵarılǵan Cray-1 (1974 jıl) superkompyuterlerín keltíríw múmkín.

Matrícalı hám vektor processorların dúzíwde qollanılǵan príncíplerden zamanagóy kompyuterler processorların íslep shıǵıwda da paydalanbaqta. Olar tíykarında Pentium shańaraǵına tíyíslí processorlerdíń buyrıqları toplamına kírítílgen MMX- hám SSEp-buyrıqları íslep shıǵılǵan. MMX (Multí Medía eХtensíon) – dawıs hám vídeo maǵlıwmatlardıń íslew tezlígín asırıwshı buyrıqlar toplamı bolıp tabıladı. SSE(Streamíng SÍMD Extensíons) – multímedíalı maǵlıwmatlardı aǵımlar tárízínde íslewshí qosımsha buyrıqlar toplamı. Bul buyrıqlar toplamları járdemínde multímedíalı programmalardıń operatív orınlanıwı ámelge asırılmaqta.

Multíprocessorlı kompyuterler. Matrícalı hám vektorlı processorlar jalǵız basqarıw blogı tárepínen basqarılatuǵın, hár bírí bólek-bólek yadqa íye bolǵan processorlardan íbarat. Ulıwma yadqa íye bolǵan parallel íslewshí processorlar toplamı – multíprocessor dep ataladı. Joqarıda keltírílgen, esaplawlardı orınlawshı kóp processorlerden paydalanıw sxeması tíykarında qurılǵan kompyuter bolsa – multíprocessorlı kompyuterler dep ataladı. Ulıwma yadqa íye bolǵan multíprocessorlı kompyuterlerdíń ekí túrlí varíantı bar (3.25-súwret). Usı túrdegí kompyuterlerde ulıwma yadtan paydalanıw esabına da ónímdarlıqtı asırıwǵa erísíw múmkín eken.

3.25-súwret. Bír shínaǵa hám ulıwma yadqa íye bolǵan multíprocessor (a); hár bír processorında da lokal yad bolǵan multíprocessor (b).

Matrícalı hám vektorlı processorlarǵa íye kompyuterlerdí de, multíprocessorlı kompyuterlerdí de ózíne tán sístema dep qaraw múmkín. Joqarı ónímdarlıqqa erísíw ushın, kóp sanlı kompyuterlerdí óz-ara baylanıstırıp – kóp kompyuterlí yákí multíkompyuterlí sístemalar da íslep shıǵılǵan.

3-bap boyınsha baqlaw sorawları.

1. Kompyuterlerdíń oraylıq processorı qanday bólímlerden íbarat hám ol qanday wazıypanı orınlaydı?

2. Kompyuterlerde qollanılǵan shínalardıń qanday túrlerín bílesíz hám olardıń qaysısı ne ushın ísletíledí?

3. Kompyuterdíń oraylıq processor quramına kírgen qurılmalardıń wazıypaları haqqında túsíndíríp beríń.

4. К580ВМ80 processorınıń kórsetkíshlerí hám íshkí dúzílísí qanday ekenlígí haqqında túsíndíríp beríń.

5. К580ВМ80 processorınıń íshkí yadı quramına kírgen regístrler qaysılar hám olar ne ushın arnalǵan?

6. Belgíler regístrí degende qanday regístr túsíníledí hám ol qanday wazıypanı orınlaydı?

7. Processordıń basqarıw sxeması arqalı oǵan kíríwshí qanday basqarıw sígnalların bílesíz hám olar qanday wazıypalardı orınlaydı?

8. Processordıń basqarıw sxeması arqalı onnan shıǵıwshı qanday basqarıw sígnalların bílesíz hám olar ne ushın arnalǵan?

9. Mashína taktı hám mashína cíklı degende neler túsíníledí?

10. К580ВМ80 processorında neshe túrlí mashína cíkllerí bar? Olar járdemínde neler ámelge asırıladı?

11. К580ВМ80 processorınıń buyrıqlar toplamı neshe buyrıqtan íbarat hám olar qanday toparlarǵa ajıratılǵan?

12. Processorda yad yákí regístrlardı adreslewdíń qanday túrlerín bílesíz? Olarǵa túsíníkler beríń.

13. Intel 8088 processorı quramındaǵı regístrler toplamları atların atap ótíń hám olar haqqında túsíníkler beríń.

14. Processor cíklı degende ne túsíníledí? Processor cíklı basqıshların keltíríń hám olardı túsíndíríp beríń.

15. Kodlar hám maǵlıwmatlar jazılatuǵın segmentler degende neler túsíníledí hám olar ne ushın ísletíledí?

16. PC (IP), CS hám DS regístrları degende qanday regístrler túsíníledí hám olar ne ushın qollanıladı?

17. Maǵlıwmatlardı parallel íslewdíń qanday formaların bílesíz? Olarǵa túsíníkler beríń.

18. Processorlarda buyrıqlardı konveyer tíykarında íslew degende ne túsíníledí hám ol qanday ámelge asırıladı?

19. Dáslepkí Pentium processorında qanday konveyerden paydalanılǵan?

20. Superskalyar arxítektura degende qanday arxítektura túsíníledí?

21. Pentium 4 processorınıń íshkí yadı quramına kírgen regístrler qaysılar hám olar ne ushın arnalǵan?

22. Pentium 4 processorınıń míkroarxítekturası qanday ataladı hám ol aldıńǵı Pentium processorları míkroarxítekturasınan nesí menen parıq qıladı?

23. Pentium 4 processorınıń míkrosxeması qanday dúzílgen? Onıń quramına kírgen tranzístorlar sanı neshew, qatarınıń keńlígí hám taktlı generatorınıń chastotası neshege teń?

24. Intel Core í7 processorınıń tíykarǵı kórsetkíshlerí hám onıń zárúr táreplerín túsíndíríp beríń.

25. UltraSPARС III processorınıń tíykarǵı kórsetkíshlerí hám onıń zárúr táreplerín túsíndíríp beríń.

26. OMAP4430 processorınıń tíykarǵı kórsetkíshlerí hám onıń zárúr táreplerín túsíndíríp beríń.

27. ATmega168 míkrokontrolleríníń tíykarǵı kórsetkíshlerí hám onıń zárúr táreplerín túsíndíríp beríń.

28. Úlken-úlken ílímíy programmalardıń orınlawın tezlestíríwdíń qanday sxemaların bílesíz? Mısallar menen túsíndíríń.

29. Matrícalı hám vektorlı processorlar degende qanday processorlar túsíníledí?

30. Multíprocessorlı kompyuterler hám multíkompyuterler degende qanday kompyuterler túsíníledí?