7-mavzu: Parallel ishlov berish vositalari

3. Ma’lumotlar va ob’ektlar parallelligi


Bitta dasturning bajarilishi davomida, tizimga kelib tushayotgan bir qancha ma’lumotlar tuplamini qayta ishlash masalasi hal qilinadi. Bunday masalalarga ikkita bir xil ob’ektni xarakterlovchi vektorlar yoki matritsalar ustidagi bajariladigan amallarni misol qilib keltirishimiz mumkin. Ikkita mxn ulchovli matritsani qo’shish uchun ular tarkibidagi barcha elementlarni bir-birlariga qo’shish kerak bo’ladi.
A+B=[a_ir]+[v_ir]=[a_ir+v_ir]
Bu xolda har bir m va p juftliklarni qo’shish kerak bo’ladi. Xuddi shuningdek mxn ulchovi matritsani skalyar kattalikka Ko’paytirishda ham mxn elementlarni har birini skalyarga Ko’paytirish talab qilinadi.

Ana shunday amallarni bir nechta sayta ishlovchi qurilmalarda bir-biriga bog’liq, bo’lmagan xolda parallel bajarish mumkin. Bundan tashqari radiolokatsion stansiyalarda signallarni qayta ishlashda, hamma signallar bitta dastur asosida qayta ishlanishini xam parallel bajarish mumkin.
Axborotlarni qayta ishlashdagi yana bir usul bu konveyerli qayta ishlash usulidir. Konveyerli qayta ishlashni bir qancha operatsion bloklarga bulingan bitta protsessorli tizimlarda ham tashkil etish mumkin. Xar bir operatsion blok operatsiyaning aniq qismini bajarishga maxsuslashtirilgan. Ana shu protsessor quyidagicha ishlaydi: agar i-operatsion bloki, j-operatsiyani i qismini bajarsa, (i-1)-operatsion bloki (j) operatsiyani (i-1) qismini bajaradi. Natijada konveyerli qayta ishlash xar xil bo’ladi.
Shunday qilib, konveyerli ishlash rejimida turli modullarda turli masalalarning qismlari parallel bajariladi. Xdr bir masalani bajarilishi jarayoni bir qancha nisbatan bir xil vaqtda, turli maxsuslashtirilgan modullarda bajariladi. Xohlagan keyingi modul, oldingi topshiriq, bajarilib bo’lingandan so’ng, o’ziga ma’lumot keyingi topshiriqni bajarishni boshlaydi. Konveyerli qayta ishlashda operatsiyalarni bajarilishini birlashtirish tamoyilini 3-rasmdagi diagrammada ko’rishimiz mumkin.
Operatsiyalarni ketma-ket bajarishda xar bir operatsiya oldingisi bajarilib bo’lingandan so’ng boshlanadi (3,a-rasm).

11.2-rasm. Konveyerli rejimda operatsiyalarni bajarishni birlashtirish.
Konveyerli qayta ishlashda bitta yoki undan Ko’prok operatsiyalar yoki buyruqlar turli darajalarda bir vaqtda bajariladi (3, b-rasm). Masalan, buyruqulardan birini bajarilishi tugallanish xolatida, yana biri asosiy xotiradagi axborotni Bsutish holatida bo’lishi mumkin. Buni 3,a-rasm misolida ko’rib chiqamiz: kuzg’aluvchi vergulli ikki sonni sushish amalini ko’rib chiqamiz.
A*2^x+V*2^u=S*2^x+u
Bu qo’shish amalini to’rtta ketma-ket bajariladigan bosqichlarga bo’lishimiz mumkin: 1) tartiblarni taqqoslash (TT); 2) tartiblarni tenglashtirish (TTg); 3) kichkina tartibli mantissani surish va mantissani qo’shish (sm); 4) natijani normallashtirish (NN). Shunga mos ravishda protsessor tarkibida to’rtta ketma-ket bog’langan va yuqorida ko’rsatilgan to’rtta amalni bajaruvchi operatsion bloklar kiritilgan. 4-rasmda quzg’aluvchi vergulli ikki sonni qo’shishdagi konveyerli operatsiyalarni bajarishning struktura sxemasi keltirilgan.

11.3-rasm. Konveyerli operatsiya struktura sxemasi
Xar bir qadamning bajarilish Vaqti 60,100,140,100 ne ga teng, shuning uchun qo’shish amali 400 ne da amalga oshiriladi.
Amaliyotda qo’zg’aluvchi vergulli n-ta elementga ega bo’lgan ikkita vektorni qo’shish va bu jarayonni Vaqt diagrammasini yaratish kerak bo’ladi. Shu ikki vektorni qo’shishni konveyer yordamida xisoblaymiz.

Bu yerda, t- operatsion bloklar ,t - boskichlarni bajarilish vaqti, p - vektor elementlari soni. Agar, konveyersiz ikki vektorni qushsak

hosil bo’ladi, bu erda, T_i-qayta ishlashdagi j-boskichning bajarilish vaqti.
Shuni ta’kidlab o’tish kerakki, ma’lumotlar zanjiri sanchalik uzun bo’lsa va xar bir boskich sanchalik ko’p oparatsiyalarga bo’lib tashlansa, konveyerdan foydalanish shunchalik samara beradi.
Biz faqatgina arifmetik amallarni konveyerli bajarishni ko’rib chiqdik lekin hisoblash jarayonidagi barcha operatsiyalarning buyruqlarini bajarishda konveyerli qayta ishlashni qo’llash samarali hisoblanadi.
Hisoblash tizimlarida bir vaqtda ham konveyerli buyruqlardan ham arifmetik amallarni konveyerli bajarishdan foydalanish mumkin. Konveyerli turda operatsiyalarni parallel bajarishning unumdorligi quyidagicha aniqlanadi

τ_j – masalani kerakli j qismini bajarish vaqti
k – modullar soni
τ_n – xar bir modulning oraliq natijalarini saqlash
vaqti.
Bu formula tizimda hamma modullar ishlayotgan xohlagan vaqtda qayta ishlashni parallellash uchun to’g’ri xisoblanadi. Agar, ishlash davomida modullarning bir qismlari ishlamay kelsa, u xolda bu formulaga to’xtab turishlar sonini nisbiy aniqlovchi koeffitsienta kiritilishi kerak bo’ladi.
Konveyerli usuldan foydalanish tizim tarkibiga qo’shimcha qurilmalar kiritmasdan, uning unumdorligini oshirish imkoniyatini beradi.