Глава 9. Основы параллельных вычислений 220

9.1. Уровни параллелизма 220

9.1.1. Параллелизм уровня задания 221

9.1.2. Параллелизм уровня программ 223

9.1.3. Параллелизм уровня команд 224

9.2. Метрики параллельных вычислений 224

9.2.1. Профиль параллелизма программы 225

9.2.2. Ускорение, эффективность, загрузка и качество 227

9.3. Закон Амдала 229

9.4. Закон Густафсона 232

9.5. Классификация параллельных вычислительных систем. Классификация Флинна 233

Контрольные вопросы 236

Глава 10. Архитектура многопроцессорных систем 237

10.1. Классификация многопроцессорных систем 237

10.2. Организация коммуникационной среды в системах с разделяемой памятью. 242

10.3. Когерентность кэш- памяти в SMP- системах. 245

10.4. Когерентность кэш- памяти в MPP-системах. 253

10.5. Организация прерываний в мультипроцессорных системах. 255

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 258

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 259

Современные вычислительные машины (ВМ) и системы (ВС) являются одним из самых значимых достижений научной и инженерной мысли, влияние которого на прогресс во всех областях человеческой деятельности трудно переоценить. Поэтому понятно то пристальное внимание, которое уделяется изучению ВМ и ВС в направлении «Информатика и вычислительная техника» высшего профессионального образования.

Вычислительная техника прошла уже достаточно долгий исторический путь, и потому достаточно сложно понять принципы функционирования современных ВМ и ВС, не обладая багажом фундаментальных знаний. Кроме того, в последнее время наблюдается «уход» учебных пособий в частные вопросы информационных технологий. В противовес этому авторы попытались осветить в данном учебном пособии основные принципы построения и функционирования ВМ и ВС вообще, стараясь не останавливаться на какой либо конкретной архитектуре. Исключение сделано лишь для архитектуры I8086, которая в силу своей распространённости, наиболее доступна студентам для изучения и практической работы.

В государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования содержание дисциплины «Организация ЭВМ и систем» определено следующим образом:

• основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов;

• функциональная и структурная организация процессора;

• организация памяти ЭВМ;

• основные стадии выполнения команды;

• организация прерываний в ЭВМ;

• организация ввода-вывода;

• периферийные устройства;

• архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов;

• параллельные системы;

• понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах.

Все эти вопросы освещены в данном учебном пособии. Кроме того, рассмотрены не только классические основы, но и современные научные и практические достижения, характеризующие динамику развития современных аппаратных средств компьютерной техники.

Каждая глава учебного пособия раскрывает фундаментальные принципы и особенности организации какого-либо компонента ВМ или ВС. В конце каждой главы приводятся либо контрольные вопросы для закрепоения материала главы, либо задания на лабораторную работу, которая основывается на материале главы. Лабораторные работы по моделированию аппаратных средств выполняются в среде Electronics Workbench, по работе с системой команд – с помощью пакета TASM.