Программа дисциплины для студентов

Программаның деңгейіндегі параллелизм – архетектураның төменгі деңгейі және компьютер ұйымдастыру саласына жатады. Параллелизмнің бұл түрін жүзеге асырудың жалпы әдісі – конвейерлер.

Бұл жағдайда, жеке командалар қабысуы мүмкін, немесе берілген команда ішкі амалдарға бөлінуі мүмкін, ал ол ішкі амалдар тағы да ішкі амалдарға бөлініп, олар да қабысуы мүмкін.

Бірінші жағдайда, мысалы, арифметикалық командамен қабыса отырып әдетте жүктеу командасын табады, ол жады мәнін орталық процессордың ішкі регистріне көшіреді. Екінші жағдайда, бәріне үлгеретін конвейердің мысалы бола алады. Ол арифметикалық өңдеу тірегі болады.

Мысалы, Cray фирмасының супен ЭЕМ-і вектордың ұзынығы – 64 бит немесе одан аз болғана неғұрлым тиімді және ұзын векторлардың кішкене бөліктеріне амалдар қолданатын қайта құру программалары жұмысты жақсарады.

Параллелизмнің бұл деңгейі орталық процессордағы арифметикалық логикалық құрылғыға қатысты.

Мысалы, 64 битке қосынды екі түрлі әдісен есептелуі мүмкін:

1. 
   барлық 64 битті бірден қосу (неғұрлым маңызды биттерге тасымал кез-келген екі биттің қосындысының жылдамдығындай есептеуі және болжауы мүмкін);
   
2. 
   амалы 4 биттік бөлікке және 16 циклдағы толық қосындысын есептеуге болады.
   

● параллелизм;

● масштабтылық (әр жақтылық);

● жергіліктілік;

● модульдік.

Параллелизм – көптеген амалдарды біруақытта орындауға қабілеттілік.

Әр жақтылық – процессорларды санын өсіруге «икемілік» қасиеті.

Жергіліктілік қашықтағы жадыға қатынаудың жергілікті жадыға қатынауына қатынастарының коэффициенттерінің жоғарылылығын білдіреді.

Модульдік – күрделі объектілердің қарапайым компоненттерге декомпозициясы.

0. 
   Программалау модельдері: параллель және тізбекті
   

Фон Нейман моделі:

● Командалар тізбегін орындауға қабілетті процессор;

● Команда берілген шаманың адресін анықтайды, орындалатын команданың немесе келесі команданың адресін жадыдан оқиды немесе жазады.

Бүгінгі күні, компьютерді осы негізгі модель терминінде машиналық тілде программалауға болады.

Бұл әдістің кемшілігі мынада: біз жадының милиондаған ұяшығын бақылауымыз керек және мыңдаған машиналық командалардың орындалуын ұйымдастыруымыз керек.

Программаларды қарапайым құрал етудің бір әдісі – процедуралар, циклдар және т.с.с. модульдік программалаудың артықшылығын қолдану.

Параллель модель.

3-суретте қарапайым модель «есептер/каналдар» моделі көрсетілген.

3-сурет. Қарапайым параллель модель: «есептер/каналдар» моделі.

Есептеу процесі каналдармен байланысқан (стрелкалар) есептер жиынын (дөңгелекпен белгіленген) шешуден тұрады.

Есептер программа және жергілікті жадыны инкапсуяциялайды және ортамен өзара әрекеттесетін порттар жиынын анықтайды.

Канал – хабарлар кезегі, оған жіберуші хабар орналастыа алады және алушы хабарды жоя алады, егер хабар қатынауы болмаса, онда канал қатынауды «бұғатайды».

Параллель модельдерді қарастырғанда кейбір келісімдер мен абстракцияларды қабылдау қажет. Параллель программалық жасау үшін фундаментальдық шарттарды қолдану келесі абстракцияларды қабылдауға мәжбүр етеді:

● Параллель есептеу бір немесе бірнеше есептерді шешуден тұратын. Есептер бір уақытта орындалады. Есептер саны программаның орындалуы кезеңінде өзгеруі мүмкін.

● Есеп тізбекті программа және жергілікті жадыны инкапсуяциялайды. (шындығында, ұл Фон Нейманның виртуальды машинасы). Одан басқа, ішкі порттар (inports) және қашықтағы порттар (outports) жиынтығы оның оаға өзара әрекетін анықтайды.

● Есептерді жергілікті жадыдан оқу мен жазудан басқа қосымша төрт негізгі амалды орындай алады: алыс порттарға хабар беру, ішкі порттарын хабар алу, сондай-ақ жаңа есептер құру және оларды аяқтау.

● Outports/imports жұптары канадар деп аталатын хабарлар кезегімен байланысқан. Каналдар құрылуы және жойылуы мүмкін және каналдарға (порттарға) нұсқағыштар хабарға кіруі мүмкін, садған байланысты қамтамасыз ету динамикалық өзгеруі мүмкін.

● Есепер физикалық процессорларға әртүрлі әдіспен бейнеленуі мүмкін; қолданылатын бейнелеу программаның семантикасын қозғамайды. Дербес жағдайларда есептердің көптігі бірпроцессорлы компьютерлерге де жарамды.

Ары қарай, программалаудың негізгі параллель модельдерін қарастырамыз.

0. 
   Программалаудың негізгі параллель модельдері
   

● Хабар беру.

● Деректер параллелизмі.

● Жалпықатынау жадысы.

Келесі лекцяларда оларға толығырақ тоқталамыз. Мұнда тек олардың әрбіреуінің негізгі принциптеріне тоқталамыз.

Хабар беру

Хабар беру программаларды есептер жиынын құрады, олардың әрбіреуінің жергілікті деректен тұады. әрбір есеп басқа есептермен өзара әрекеттестікте болады, берілген есепке хабар береді немесе берілген есептен хабар алады.

Деректер параллелизмі үлестірілген есептеулерді қолданады. Олар деректер құрылымының элементтер жиынына қолданылатын бір ғана амалдан және бір қосымшадан шыққан. Деректердің әрбір элементіне қолданыатын әрбір амалды тәуелсіз есеп деп қарастыруға болады.

Жалпыанықтау жадысында модельді программалағанда есептер жалпы адрестік кеңістікті бірге қолданады, олар оны асинхронды оқиды және жазады. Сонымен қатар, жалпықатынау жадысына қатынауды басқару үшін әртүрлі механизмдер қолданылуы мүмкін.