Оқулық «Желілік және жүйелік әкімшілендіру»

Заманауи 
технологиялық 
деңгейде 
микропроцессорларда 
көпядролық идеясының туындауымен 1990-шы жылдардың екінші 
жартысында Digital Equipment корпорациясының инженерлері 
айналыса бастады. Іскерліктің мынадай бағытының алғышарттары 
болып Digital Equipment тəжірибемен тексерілген процессорларға 
таралатын 
заңдылықтары 
табылады. 
Біріншіден, 
монолиттік 
(бірядролы) процессорлардың өнімділігінің сызықтық өсімі үшін 
транзисторлардың санының квадраттық өсімімен қамтамасыз ету 
керек. Екіншіден, сызықтық емес түрде жəне маңыздылығы кем емес 
жобалау күрделілігі артады. Бірнеше ядролардың өнімділігінің 
жинақтау аз транзисторлары бар бір ядро беретіндей жиынтық 
өнімділігін береді. Жеке ядролардың қуатының бірігу жобасын жасап 
шығару қажеттілігі туындады. Транзисторлардың көп бөлігі басқару 
схемаларына берілгенде жəне арифметикалық жəне логикалық 
операцияларды орындауға біршама аз болғанда оларды пайдаланудың 
төмен 
тиімділігі 
жоғары 
энергия 
пайдалану 
көпядролы 
процессорларды құру жолында басты тежеуішке айналды. 
Көпядролы процессорлар идеясы көппроцессорлы жүйелер 
базасында пайда болды. Көппроцессорлы жүйелерді құру нұсқалары 
көп. Сонымен қатар олардың ортақ жіктелуі бар: 
1. 
SMP-жүйелер (Symmetrical Multi Processor systems) (2.12-сурет, 
a). 
Жүйе бірнеше біртекті процессорлардан жəне жалпы жады 
массивінен (əдетте бірнеше тəуелсіз блоктардан) тұрады. Барлық 
процессорлардың бірдей жылдамдықты жадының кез келген нүктесіне 
қол жеткізе алады. Процессорлар жадыға ортақ шина, немесе 
коммутатор көмегімен қосылған. Мұндай жүйелер үшін бағдарламалық 
жабдықты жасап шығару ерекше қиындықтармен байланысты емес, 
себебі компьютер архитектурасымен байланысты арнайы ерекшеліктер 
туындамайды. Бірақ ұқсас жүйелерді құру экономикалық мақсатқа сай 
емес. 
2. 
NUMA-жүйелер (Non-Uniform Memory Access systems) (сур. 
2.12, б). 
Жүйе бірнеше процессорлар мен жады блогынан тұратын біртекті 
базалық модульдерден (тақталардан) құралады. Модульдер жоғары 
жылдамдықты коммутатор көмегімен біріктірілген. Бірыңғай адрестік 
кеңістік қолданыс табады, алыстанған жадыға, яғни басқа модульдер 
жадысына қолжетімділік аппараттық түрде қолданыс табады. Сонымен 
қатар жергілікті жадыға қолжетімділік алыстағы жадыға қарағанда 
бірнеше есе жылдамырақ. 
58 

2.12 
-сурет. Көпядролы жүйелер архитектурасының нұсқалары
:
а — SMP-жүйелер (Symmetrical Multi Processor systems); б — NUMA-жүйелер (NonUniform 
Memory Access systems); в — кластерлер 
 
NUMA-жүйелерін құру SMP қарағанда оңайырақ, бағдарламалық 
жабдық дайындау қиынырақ – жадының біртектілігін ескеру қажет. 
3. 
Көппроцессорлы жүйелер 
— кластерлер (2.12-сурет, в). 
59 

Ортақ қолданыстағы жұмыс станцияларының жинағы (тіпті 
болмаса ДК) арзан массивті-параллель компьютер ретінде 
қолданылады. 
Түйіндердің 
байланыстары 
үшін 
шиналық 
архитектура немесе коммутатор базасында стандарт желілік 
технологиялардың 
(Fast/Gigabit 
Ethernet, 
Myrinet) 
бірі 
қолданылады. 
Қуаты 
немесе 
архитектурасы 
əр 
түрлі 
компьютерлерді бір кластерге біріктіргенде гетерогенді (біртексіз) 
кластерлер туралы айтылады. Кластердің түйіндері бір уақытта 
пайдаланушылық жұмыс станциялары ретінде пайдаланылады. 
AMD Opteron 285 (2,6 ГГц) процессорлары базасындағы 2007 ж. 
ҒЗЕО ММУ орнатылған Twin 1 кластерінде 24 түйін болады, 
олардың əр қайсысында екі процессордан болады. Жалпы файлдық 
сақтау орнының көлемі — 1,5 Тбайт, ал əрбір түйінге жедел жады 
көлемі 16 Гбайт. Сонымен қатар кластердің жиынтық тұтынылатын 
қуаты 15 кВт. 
Көптеген жылдар бойы суперкомпьютерлерді жасау ақпараттық 
технологиялардың (АТ) авангарды болды, ал микропроцессорлар 
саласында прогресс тактілік жиілік мəнінің артуымен теңестіріледі. 
Бірақ АТ дамуы болашағы СМР көп ядролы процессорлар 
базасындағы архитектуралармен байланысты екенін тəжірибе 
көрсетті. 
СМР архитектураларының алғашқысы серверлерде пайдалануға 
арналған процессорлар болды. Мұндай СМР-да бір төсемде 
дəстүрлі процессорлармен салыстырғанда (2.13-сурет, а) тəуелсіз 
екі ядро орналастырылады (2.13-сурет, б). Орынды үнемдеуден 
басқа ұқсас шешім энергияны біршама үнемдейді, себебі жүйе 
техникалық компоненттердің бір бөлігі екі ядроға да ортақ болып 
табылады. 
Осы схеманың дамуы болып СМР шешімдері (2.13-сурет, в, г) 
табылды. Алдымен бастапқы құрылымда жалпы кэш-жады, содан 
соң ядролардың əрқайсысы көп ағынды болды. 
Екі ядролы процессорлардың жұмыс принциптері 2.14 суреттегі 
схемалармен түсіндіріледі, онда шариктер жеке команда, немесе 
деректер үлес болып табылады. 
Дəстүрлі, бір ядролы процессорда (сур. 2.14, a) процессордың 
кіретін жеріне келіп түскен командалар тізбектесіп олардың 
орындалуына арналған блоктардан кезектесіп өтеді. Классикалық 
түсінікте процессормен жеке команда орындалып жатқанда 
қалғандары өз кезектерін күтеді. Орындалу тəртібін өзгертетін, 
процессордың 
жұмысын 
жеделдету 
бойынша 
əр 
түрлі 
технологиялар бұл принципті бұзбайды, себебі кіретін жерге келіп 
түскен деректер процессордан дəл сол тəртіппен шығуы тиіс. 
60 

2.13 
-сурет
. CMP архитектураларының нұсқалары:
а — дəстүрлі процессор; б — қарапайым көп ядролы архитектура; в — ортақ кэш-жадысы 
бар көпядролы архитектура; г — көп ағындық ортақ кэш-жадысы бар көпядролы архитектура 
НТ (Hyper-Threading) (сур. 2.14, б) технологиясын қолданған кезде 
компьютерде екі логикалық процессор пайда болады, дегенмен 
шындығында тек біреу болады. Енді процессор теория жүзінде бірдей 
уақытта бірден екі команданы орындай алады немесе деректердің екі үлесі 
бірақ белгілі бір шектеулермен өңдей алады. Hyper-Threading 
технологиясы заманауи процессорда деректер немесе командалардың 
белгілі бір типін ғана өңдейтін 7…9 жеке блоктар болады деген деректі 
пайдаланады. Егер бір блок жұмыспен бос болмаса, онда қалғандары 
ағымдағы жұмыс аяқталмай жұмыс жасамайды. 
61 

2.14 
-сурет
. Екі ядролы процессордың жұмыс принциптерін анықтайтын схемалар: 
а — қарапайым процессор жұмысы; б — HyperThreading технологиясы бар процессордың 
жұмысы; в — екі ядролы процессордың жұмысы; г — HyperThreading технологиясы бар екі 
ядролы процессордың жұмысы 
Сəйкесінше, егер бағдарлама Hyper-Threading технологиясын пайдалану 
мүмкіндігін есепке ала отырып жазылса, онда процессор бір уақытта 
бірден екі жұмысты орындай алады. Бірақ барлығы олай бола бермейді, 
сондықтан Hyper-Threading технологиясын пайдаланудан ұтатынымыз 
жеке тапсырмаларда алынады, ал артық операциялардан ұтылу жиі 
болады, себебі процессорға үнемі шешіп отыруға тура келеді: 
командаларды параллель орындау керек пе, əлде кезекпен орындау керек 
пе. 
62 

жүктеу/скачать 7.08 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: