Лекция. Параллелизм. Программалау модельдері

• 
  Параллелизм.
  
• 
  Деректер параллелизмі мен есептер параллелизмі.
  
• 
  Программалаудың негізгі параллель модельдері.
  

2.1. Деректер параллелизмі мен есептер параллелизмі

Қазіргі заманғы бірпроцессорлы машина бірнеше компоненттен тұратын белгілі.

Primary memory

CPU

2-сурет. Бірпроцессорлы машина.

● орталық процессор (CPU);

● алғашқы жады;

● бір және бірнеше деңгейдегі кэш-жады;

● екінші жады (дискідегі жады);

● әртүрлі сыртқы құрылғылар.

Программаның орындауына қатысты түйінді компоненттер: орталық процессор, кэш және жады.

Бірпроцессордың архитектурасын жақсартудың әртүрлі әдістері бар:

1. 
   орталық процессордың бір ішкі бөлігінің орнына қосындаушы (көбейткіштердің) төрт модулін қолдану;
   
2. 
   өткізу жолағын үлкейту үшін орталық процессорға екі немесе бірнеше жады блогын қосу;
   
3. 
   уақыт өлшемінде орындалатынкомандалар санын үлкейту үшін бір жадының бір немесе бірнеше процессорды қосу;
   
4. 
   барлық компьютерлердің жұмысы бірге бір ғана программаны шешуге бағытталатыңдай толық компьютерді (процессор, жады және енгізу-шығару құрылғысын қосу) машина желісіне қосу;
   

Параллелизм әр түрлі деңгейде топталуы мүмкін:

● тапсырма деңгейіндегі параллелизм;

● программа деңгейіндегі параллелизм;

● команда деңгейіндегі параллелизм;

● арифметикалық және биттік туралайтын параллелизм.

Тапсырма деңгейіндегі параллелизм – параллелизмнің жоғарғы деңгейі.

Мысалы, лаборатория немесе компьютер орталығы берілген уақыт аралығында көптеген есептердіорындайды. Оған үлкен компьютерлік желілерді сатып алу арқылы жетуге болады, кез – келген уақытта көп тапсырма орындалады, және қолданушының кез-келген тапсырмасы басқаларға қарағанда тез орындалмайды.

Тапсырма деңгейіндегі параллелизм бір компьютер шегінде бір тапсырманы немесе бірнеше тапсырманың тәуелсіз есептер жиынтығы ретінде өңдей отырып қолданылады. Орталық процессор және енгізу – шығару жүйелері параллель жұмыс і стейді.

Берілген параллелизм түрінің мысалы: біруақытта жадыда бірнеше тапсырма болады, сонымен қатар кез – келген берілген уақытта олардың тек біреуі орындалады. Егер бұл тапсырма енгізу – шығару немесе дискіден оқу типті қызметті қажет етсе, онда амал инициалданады, жоғарыдағы қызметтің бірін қажет еткен тапсырма тоқтатылып, басқа тапсырма орындау күйіне орналастырылады. Ары қарай, енгізу – шығару амалы аяқталғаннан кейін, басқару кері алғашқы тапсырмаға оралып, орындалу жалғасады.

Программа деңгейіндегі параллелизмде пбір программа бөліктерге, оның құраушыларына бөлінеді.

Мысалы, матрицалардың көбейтіндісі: С=AxB матрицаларды квадраттарға бөлу жолымен есептеледі:

В11	В12
В21	В22

Жалпы, программа деңгейіндегі параллелизм екі әдіспен көрінеді:

● берілген программаның тәуелсіз бөліктердеге бөлу;

● итерациялар арасында ешқандай байланыс жоқ циклің жеке итерацияларын қолдану.

Параллелизмнің бұл түрін процессорлар жиынтығы немесе функциональды модулдер жиынтығын қолдануы мүмкін.

Программа деңегейіндегі параллелизмнің көруінуінің қарапайым мысалы: қосындыларын есептеу. Төменде екі массив элементтерінің қосындысын есептеу коды көрсетілген:

for (i=0; i

A[i]=B[i]+C[i]

Қосындылар тәуелсіз, яғни B[i]+C[i] есептеуі B[i]+C[i]-ге тәуелсіз, кез – келген j

Бұл олардың кез-келген ретпен есептелетініін білдіреді, және әсіресе, көппроцессорлы машина барлық берілген есептеулерді біруақытта орындай алуы мүмкін.