Дәріс конспектілері (тезистері) уе-10-20 фр 03
жүктеу/скачать 2,05 Mb.
|
Дәріс мәтіні
- Бұл бет үшін навигация:
- Пайдаланылған әдебиеттер
- 13-Дәріс Тақырыбы : Функционалды құрылғылар жүйесі. Жоспар
| Бақылау сұрақтары:
Есептеуіш жүйелер процессорларының мәлімет алмасу желісінің топологиясы. Топология түрлері. Амдал заңы. Параллельді есептеулерді модельдеу. Бұл алгоритмді тізбектеп есептеу схемасы. Пайдаланылған әдебиеттер 1. Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2012 г. 2. Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.: Издательский дом «Вильямс», 2013 г. 3. Акжалова А.Ж. Параллельные вычисления (учебное пособие). – Алматы, 2014 г. 4. Дүйсембиев Е.Е. Параллель есептеулер. Оқулық – Алматы 2011 ж. 4. Гук М. Аппаратные средства IBM PC Әнциклопедия – спб.:«Издательство Питер», 2011 13-Дәріс Тақырыбы: Функционалды құрылғылар жүйесі. Жоспар: 1. Уақытты есептеу жүйесі және оның өлшем бірлігі. 2. Функционалдық құрылғы (ФҚ). 3. Конвейерлік ФҚ-ның жұмыс істеу принципі. Кезкелген есептеу жүйесі уақыт аралығында жұмыс істейтін функционалды құрылғылардың жиынтығы. Оның жұмыс сапасын бағалау үшін әртүрлі сипаттамалар енгізіледі. Оларды практика жүзінде қолдануға жеткілікті, кейбір құрылғыларының жұмыс процесінің моделі аясында қарастырайық. Біз функционалды құрылғылар орындайтын операциялардың мазмұнына үңіліп жатпаймыз, олар арифметикалық немесе логикалық функция болуы, деректерді енгізу/шығару, деректерді жадыға жіберу немесе жадыдан қайта алу т.с.с болуы мүмкін. Бізге қазір сол операциялардың орындалу уақыты және қандай типті құрылғыда іске асырылатыны маңызды. Уақытты есептеу жүйесі және оның өлшем бірлігі енгізілді делік, мысалы, секунд. Операцияның орындалу уақыты бірлік мөлшерімен өлшенеді деп есептейік. Барлық құрылғылар, нақты немесе гипотетикалық, негізгі немесе қосымша, кезкелген қосылу уақытылы болуы мүмкін. Мұндағы бір ғана шектеу, ол – бір функционалдық құрылғының (ФҚ) барлық қосылуларының ұзақтығы бірдей болу қажет. Бізді барлық уақытта, қандай да бір нақты ФҚ жиынының жұмысы қызықтыратын болады. Осы жиындардың жұмысын қамтамасыз ету үшін қажетті басқа барлық ФҚ лезде қосылады деп есептеледі. Сол себептен, арнайы айтылмаса, мұндай жағдайда олардың нақты түрде бар екенін ескермейміз. Қарастырып отырған ФҚ-ның қосылу уақытылары нөлдік емес деп есептейік. Егер алдыңғы операция аяқталмай тұрып, кейінгі операциялар орындалуын бастай алмаса, онда функционалдық құрылғы қарапайым деп аталады. Қарапайым ФҚ бір типті операцияларды және әртүрлі операцияларды орындай алады. Әртүрлі ФҚ операцияларды оның ішінде бірдей операцияларды да әртүрлі уақытта орындай алуы мүмкін. Қарапайым ФҚ мысалы ретінде конвейерлік сумматорлар немесе көбейтушілерді ғана келтіріп қоя алмаймыз. Бұл ФҚ операциялардың бір типін ғана жүзеге асыра алады. Қарапайым құрылғылар ретінде көпфункционалды процессорды санауымызға болады, егер де ол әртүрлі операцияларды бірмезетте орындай алмаса және біз олардың операцияларды іске асырудағы уақыт айырмашылығын назарға алмаймыз және оларды бірдей деп санаймыз. ФҚ - ның негізгі ерекшелігі біреу ғана: әрбір операцияны орындау кезінде ол өзінің құрылғыларын жеке пайдаланады. Қарапайым ФҚ қарағанда, конвейерлік ФҚ бірнеше операцияларды бір мезетте орындау үшін өзінің құрылғыларын бөліп қояды. Әдетте оның қарапайым конструкциясы, бірдей уақытта іске қосылатын сызықты өрім сияқты қарапайым элементарлық ФҚ құралады. Осы элементарлық ФҚ, операцияның жекелеген этаптары тізбекті түрде іске асырылады. Жылжымалы үтірі бар сандарды қосу операциясын орындайтын конвейерлік ФҚ жағдайында, оған сәйкес элементтарлық құрылғылар мынадай операцияларды тізбектей іске асырады: қатарларды салыстыру, мантиссаны ығыстыру, мантиссаларды қосу және т.б. Солай болғанымен, мысалы, әмбебап процессорлардың тізбекті өрімін конвейерлік ФҚ деп есептеуге ешқандай кедергі жоқ. Конвейерлік ФҚ-ның жұмыс істеу принципі бір қалыпта қалады. Алдымен бірінші элементарлы конвейерлі ФҚ-да бірінші операцияның бірінші этапы орындалады да нәтиже екінші элментарлы ФҚ-ға беріледі. Содан кейін екінші элементарлы ФҚ-да бірінші операцияның екінші этапы орындалады. Осы мезетте, босаған бірінші ФҚ-да екінші операцияның бірінші этапы іске қосылады. Содан соң екінші ФҚ-ның іске қосылу нәтижесі үшінші ФҚ-ға, бірінші ФҚ-ның іске қосылу нәтижесі екінші ФҚ-ға беріледі. Босаған бірінші ФҚ үшінші операцияның бірінші этапын орындауға дайын тұрады және т.с.с. Конвейердегі барлық элементарлы ФҚ-ды өту кезеңінен кейін, операция орындалды деп есептелінеді. Элементарлы ФҚ-лар конвейердің баспалдақтары (сатылары), ал конвейердегі баспалдақтар саны – конвейердің ұзындығы деп аталады. Қарапайым ФҚ-ны конвейер ұзындығы бірге тең конвейерлі ФҚ деп санауға болады. Сонымен, жоғарыда айтылып кеткендей, конвейерлік ФҚ көбіне элементарлық ФҚ-дың сызықты өрімінен құралады, бірақ бұдан да күрделі конвейерлік конструкциялар болуы мүмкін. Операцияның бағасы деп оның іске асырылу уақытын, ал жұмыс бағасы деп барлық орындалған операциялардың бағаларының қосындысын атайық. Берілген уақыт аралығындағы құрылғының жүктелуі (р) деп, нақты орындалған жұмыс бағасының, максималды мүмкін бағасына қатынасын айтамыз. Жүктелу р әрқашанда 0 р 1 шартты қанағаттандыратыны мәлім. Сонымен қатар келесі айқын бекітілім орынды Бекітілім 1. Т уақыт аралығында орындап шығуға болатын жұмыстың максималды бағасы, жай ФҚ үшін Т, ал ұзындығы n конвейерлік ФҚ үшін nT. Құрылғылар жүйесінің нақты өнімділігі деп бірлік уақытта орташа нақты орындалған операциялар санын айтамыз. Шекті өнімділік деп ФҚ - лар арасында байланыс болмаған жағдайдағы бірлік уақыт ішінде сол жүйеде орындалуы мүмкін максималды операциялар санын айтамыз. Анықтамадан, жүйенің нақты және шекті өнімділіктері, құрылғылар жүйесінің барлық құрамының сәйкесінше нақты және шекті өнімділіктерінің қосындысы екені шығады Бекітілім 2. Жалпы жағдайда қарапайым немесе конвейерлік құрылғылардан құралған жүйе s құрылғыдан тұрсын,. Егер құрылғылардың шекті өнімділігі сәйкесінше π1,… πs болса және р1, ... ,ps жүктелулерімен жұмыс істесе, онда жүйенің нақты өнімділігі r мына формуламен өрнектеледі. Жүйенің нақты өнімділігі, барлық ФҚ - дың нақты өнімділіктерінің қосындысына тең болғандықтан, бұл бекітілімді бір құрылғы үшін дәлелдесе жеткілікті. Бір операцияны орындау үшін ФҚ - ға τ уақыт керек болсын және Т уақытта N операция орындалсын. Құрылғы типінің қандай екеніне тәуелсіз орындалған жұмыстың бағасы Nτ - ға тең. Егер құрылғы қарапайым болса, онда 2.3 1 бекітіліміне сәйкес жұмыстың максималды бағасы Т тең. Сондықтан құрылғының жүктелуі Nτ/Т тең. Анықтама бойынша ФҚ-ның нақты өнімділігі N/Т, ал оның шекті өнімділігі – 1/τ. Енді конвейерлі құрылғының ұзындығы n тең деп алайық. Алдыңғы бекітілімге сәйкес бұл жағдайда максималды жұмыс бағасы nТ тең. Сол себептен құрылғының жүктелуі Nτ/nТ, нақты өнімділігі N/Т, ал шекті өнімділік n/τ тең. Тағы да 2.3.1 тендігі айқын. Бекітілім 3. Егер жүйе шекті өнімділіктері бірдей, қарапайым немесе конвейерлік s құрылғылардан құралса, онда: жүйенің жүктелуі барлық құрылғылардың орташа арифметикалық жүктелуіне тең. жүйенің нақты өнімділігі барлық құрылғылардың нақты өнімділіктерінің қосындысына тең. жүйенің шекті өнімділігі, бір құрылғының шекті өнімділігінен s есе үлкен. жүйенің жеделдігі (үдеуі) барлық құрылғылардың жүктелуінің қосындысына тең. егер жүйе тек қана қарапайым құрылғылардан құралса, онда оның жеделдігі сондай шекті өнімділікке ие бір әмбебап қарапайым құрылғыда алгоритмнің іске асу уақытының сол алгоритмнің осы жүйеде іске асу уақытына қатынасына тең. Құрылғылар жүйесі жұмыс істей отырып, нақты бір өнімділікті көрсете алады делік. Егер өнімділік жеткіліксіз болса, онда оны көтеру үшін (2.3.4)-ке сәйкес жүйенің жүктелуін арттыру керек. Ол үшін (2.3.2)-ге сәйкес өз кезегінде жүктелуі әлі 1-ге тең емес кезкелген құрылғының жүктелуін көтеру керек. «Осыны біз жүзеге асыра аламыз ба» деген сұрақ туындайды. Егер құрылғы толығымен жүктелмесе, онда оның жүктелуін басқа құрылғылармен байланыста болмаса ғана ұлғайта аламыз. жүктеу/скачать 2,05 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|