Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Математика -> Боглаев Ю.П. -> "Вычислительная математика и программирование " -> 10

Вычислительная математика и программирование - Боглаев Ю.П.

Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование — Высшая школа, 1990. — 546 c.
ISBN 5-06-00623-9
Скачать (прямая ссылка): vychmatiprog1990.djvu
Предыдущая << 1 .. 4 5 6 7 8 9 < 10 > 11 12 13 14 15 16 .. 168 >> Следующая

1.3.2. Классификация ЭВМ. Любую ЭВМ можно представлять себе как устройство, через которое организовано прохождение двух потоков: потока данных и потока команд. С этой точки зрения практически все новые архитектурные решения и классическую архитектуру определяет табл. 1.2.
В ЭВМ классической архитектуры имеется одно арифметическо-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд. Это однопроцессорная ЭВМ.
Наличие в ЭВМ нескольких (Р) процессоров, т. е. объединение АЛУ и УУ, означает, что параллельно может быть организовано много (Р) потоков данных и много (Р) потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Это многопроцессорная ЭВМ. Структура такой
Таблица 1.2
Поток данных в ЭВМ Поток команд в ЭВМ Одиночный Множественный
Одиночный Однопроцессорная Параллельный
ЭВМ процессор
Множественный Конвейерный Многопроцессорная
процессор ЭВМ
23
Рис. 1.6
машины, имеющей общую оперативную память (ОП) и несколько процессоров, представлена на рис. 1.6.
Если несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не
имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную), то это многомашинная вычислительная система. Каждая ЭВМ в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако задача, решаемая на такой вычислительной системе, должна иметь очень специальную структуру: она Должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько ЭВМ в системе. Заметим, что если заботиться не только об увеличении быстродействия решения задач, но и о надежности вычислений, то преимущество многопроцессорных и даже многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.
Работа нескольких АЛУ под управлением одного УУ означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе— одному потоку команд (фактически это параллельный процессор). Из четырех классов архитектурных решений это наиболее специализированный тип ЭВМ. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, которые удовлетворяют определенным требованиям, а именно:
1) в задаче имеется множественность наборов данных;
2) одинаковые вычислительные операции необходимо выполнить на всех наборах;
3) отсутствие непредвиденных ситуаций в потоках данных.
Структура ЭВМ подобного вида представлена на рис. 1.7.
Следующий тип организации параллельных вычислений идеологически тесно связан с конвейерным способом проведения сборочных работ на производстве. Поясним аналогию на примере. Автомобиль собирают на конвейере 120 рабочих за 60 мин: первый устанавливает шасси, второй закручивает 16 болтов, ..., 120-й отгоняет готовый автомобиль. Хотя сборка каждого автомобиля занимает 60 мин, каждые 30 с с конвейера сходит готовый автомобиль (после загрузки конвейера). Коэффициент ускорения может быть определен отношением 60 мин к 30 с, равным 120, т. е. числу ступеней конвейера.
Аналогично работает вычислительный конвейер. Например, блок сложения двух чисел, представленных в форме с мантиссой и порядком А = 0,375 • 101;
УУ
АЛУ
] СЮ
т
АЛУ
~Г"

Рис. 1.7
?=0,124-10 , можно
разбить на пять ступеней:
24
V
вход
ФИКСАТОРЫ
1 СТУПЕНЬ
ФИКСАТОРЫ
2 СТУПЕНЬ ФИКСАТОРЫ
3 СТУПЕНЬ ФИКСАТОРЫ
4 СТУПЕНЬ
ФИКСАТОРЫ
5 СТУПЕНЬ ФИКСАТОРЫ .
Рис. 1.8
Вход: А, В.
1. Вычитание порядков: 1— (—1) = 2.
2. Сдвиг вправо мантиссы числа, имеющего меньший порядок на величину разности порядков: 0,00124-Ї01.
3. Сложение мантисс: 375
+
001
376
4. Подсчет числа нулей в старших разрядах суммы: 0.
5. Сдвиг влево суммы на число нулей в старших разрядах с изменением порядка (нормализация результата): 0,376-101. Выход: А + В.
Этот блок обычно реализуется на электронном уровне по схеме рис. 1.8, где фиксаторами обозначены элементы, препятствующие перескоку данных с одной ступени на другую, который может произойти из-за различия в количестве логических операций на каждой ступени или изменений временных характеристик логических элементов.
25
СТУПЕНИ
УУ
А ЯУ
оп
СТУПЕНИ
УУ
АЛУ
ОП
У У
АЛУ п
СТУПЕНИ
г- УУ
АЛУ
УУ
АЛУ
Ч!НЗ-"=[Е]
1)
2)
Рис. 1.9
3)
Рассмотренный пример—так называемая аппаратная реализация арифметического конвейера.
Но как параллелизм, так и конвейерную организацию вычислений можно рассматривать на различных уровнях, например:
1) уровень машинных слов: арифметический конвейер;
2) уровень команд: конвейер команд;
3) уровень программ: макроконвейер.
Отмеченные формы конвейерной обработки изображены в виде схем на рис. 1.9. Под конвейерным процессором, помещенным в табл. 1.2, понимается любое вычислительное устройство, имеющее в своей структуре какую-либо конвейерную организацию 1—3.
Ускорение решения задач на вычислительном конвейере определяется числом ступеней, а также характером решаемых задач. Как правило, задачи должны обладать следующими свойствами.
1. Решение задачи не зависит от предыдущих вычислений.
2. Вычисления могут быть представлены в виде одной и той же цепочки подзадач.
Предыдущая << 1 .. 4 5 6 7 8 9 < 10 > 11 12 13 14 15 16 .. 168 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed