3)Принципи архітектури numa–систем і smp–систем

Архітектури NUMA

NUMA (Non-Uniform Memory Access, архітектура з неоднорідним доступом до пам'яті) – організація пам'яті в паралельних архітектурах ЕОМ, в якій над фізично розподіленою між окремими обчислювальними блоками пам'яттю створюється спільний адресний простір (найчастіше програмним способом) таким чином, що на рівні програмної організації (архітектури) пам'ять системи сприймається як загальна для усіх процесорів. Однак доступ до різних її областей займає різний час (тому, власне, ці архітектури називаються архітектурами з неоднорідним доступом до пам'яті).

Значною проблемою таких архітектурних рішень є забезпечення цілісності даних та своєчасної синхронізації змін в даних, які стали результатом якихось локальних обчислень, на всю глобальну пам'ять системи. Ця проблема знана під назвою проблеми когерентності кеш-пам'яті. Архітектури з когерентною кеш-пам'яттю носять абревіатуру ccNUMA (cache-coherent NUMA).

NUMA є певним компромісом між паралельними архітектурами з загальною та розподіленою пам'яттю. Перші набагато легше програмувати, залишаючись загалом в звичній фон-нойманівській парадигмі, але вони обмежені в масштабуванні на нарощуванні кількості процесорів. З іншого боку, архітектури з розподіленою пам'яттю програмувати досить важко, але потенціал для нарощування швидкодії для них є набагато більшим.

SMP архітектура

SMP архітектура (symmetric multiprocessing) - cімметрічная багатопроцесорна архітектура. Головною особливістю систем з архітектурою SMP є наявність загальної фізичної пам'яті, що розділяється всіма процесорами.

Схематичний вигляд SMP-архітектури

Пам'ять є способом передачі повідомлень між процесорами, при цьому всі обчислювальні пристрої при зверненні до неї мають рівні права і одну і ту ж адресацію для всіх комірок пам'яті. Тому SMP архітектура називається симетричною. Остання обставина дозволяє дуже ефективно обмінюватися даними з іншими обчислювальними пристроями. SMP-система будується на основі високошвидкісної системної шини (SGI PowerPath, Sun Gigaplane, DEC TurboLaser), до слотів якої підключаються функціональні блоки трьох типів: процесори (ЦП), операційна система (ВП) і підсистема вводу / виводу (I / O). Для під'єднання до модулів I / O використовуються вже більш повільні шини (PCI, VME64). Найбільш відомими SMP-системами є SMP-cервера і робочі станції на базі процесорів Intel (IBM, HP, Compaq, Dell, ALR, Unisys, DG, Fujitsu та ін) Вся система працює під управлінням єдиної ОС (зазвичай UNIX-подібної, але для Intel-платформ підтримується Windows NT). ОС автоматично (у процесі роботи) розподіляє процеси по процесорах, але іноді можлива і явна прив'язка.

Основні переваги SMP-систем:

• простота і універсальність для програмування. Архітектура SMP не накладає обмежень на модель програмування, що використовується при створенні програми: зазвичай використовується модель паралельних гілок, коли всі процесори працюють абсолютно незалежно один від одного - проте, можна реалізувати і моделі, що використовують міжпроцесорного обмін. Використання загальної пам'яті збільшує швидкість такого обміну, користувач також має доступ відразу до всього обсягу пам'яті. Для SMP-систем існують порівняно ефективні засоби автоматичного розпаралелювання.

• легкість в експлуатації. Як правило, SMP-системи використовують систему охолодження, засновану на повітряній кондиціонуванні, що полегшує їх технічне обслуговування.

• відносно невисока ціна.

Недоліки:

• системи з загальною пам'яттю, побудовані на системній шині, погано масштабується

Цей важливий недолік SMP-системи не дозволяє вважати їх по-справжньому перспективними. Причини поганої масштабованості полягають у тому, що в даний момент шина здатна обробляти тільки одну транзакцію, внаслідок чого виникають проблеми вирішення конфліктів при одночасному зверненні декількох процесорів до одних і тих же областях загальної фізичної пам'яті. Обчислювальні елементи починають один одному заважати. Коли відбудеться такий конфлікт, залежить від швидкості зв'язку і від кількості обчислювальних елементів. В даний час конфлікти можуть відбуватися при наявності 8-24-х процесорів. Крім того, системна шина має обмежену (хоч і високу) пропускну здатність (ПС) і обмежене число слотів. Все це з очевидністю перешкоджає збільшенню продуктивності при збільшенні кількості процесорів і числа підключаються користувачів. У реальних системах можна використовувати не більше 32 процесорів. Для побудови масштабованих систем на базі SMP використовуються кластерні або NUMA-архітектури. При роботі з SMP системами використовують так звану парадигму програмування з пам'яттю, що розділяється (shared memory paradigm).

ТЕОРІЯ З ЛАБ :

Лабораторна робота № 6

Тема: Основні показники продуктивності і архітектурні особливості сучасних центральних процесорів.

Мета: Вивчити характеристики центрального процесору (ЦП), навчитися користуватися типовими тестами швидкодії ЦП, ознайомитися з історією розвитку і формування архітектури сучасного ЦП, ознайомитися з параметрами ЦП, що випускаються на даний час.