Abdullayev Faxriddin 714-20

Abdullayev Faxriddin	714-20

Ko’p yadroli protsessorlarning arxitektura turlari

Ko'p yadroli protsessor bitta protsessor chipida yoki bitta paketda 2 yoki undan ko'p hisoblash yadrosini o'z ichiga olgan markaziy protsessor hisoblanadi.

Intel korporatsiyasi tomonidan 1971 yil 15-noyabrda birinchi (albatta, bitta yadroli!) Intel 4004 protsessori ishga tushirildi. U 2300 tranzistorni o'z ichiga olgan, 108 kHz soat chastotasida ishlagan va 300 dollar turadi.
Markaziy mikro protsessorning hisoblash quvvati talablari tobora o'sib bormoqda va o'sishda davom etmoqda. Ammo oldin protsessor ishlab chiqaruvchilari kompyuter foydalanuvchilari tomonidan amalga oshiriladigan tezkor (har doim o'sib borayotgan!) Talablarga moslashtirishi kerak bo'lsa, hozirda chiplar ishlab chiqaruvchilari uzoq yo'l oldilar!
Uzoq vaqt davomida an'anaviy hosildorlik yagona yadroli protsessorlar asosan soat chastotasining ketma-ket o'sishiga (protsessor ishlashining qariyb 80 foizi soat chastotasi bilan aniqlangan) va bir chipda tranzistorlar soni bir vaqtning o'zida ko'payishi natijasida yuzaga keldi. Shu bilan birga, soat chastotasining navbatdagi tezligi (3.8 gigagertsli soat chastotasi, chiplar o'ta qizib ketgan!) Bir qator fundamental fizik to'siqlarga asoslangan (chunki texnologik jarayonlar atom darajasiga juda yaqin: bugungi kunda protsessorlar 45nm texnologiyasidan foydalanib ishlab chiqarilgan va silikon atomining hajmi taxminan 0.543 nm):
* Birinchidan, kristall o'lchamlari va ortib borayotgan soat chastotasi bilan tranzistor oqimining oqimi ortadi. Bu esa energiya sarfini oshirish va issiqlik chiqindilarining oshishiga olib keladi;
* ikkinchidan, xotiraga kirishning kechikishlaridan kelib chiqqan holda, yuqori chastotali soat tezligi afzalliklari qisman bekor qilinadi, chunki xotiradan foydalanish vaqti soatning chastotalarigacha mos kelmaydi;
* Uchinchidan, ba'zi ilovalar uchun an'anaviy ketma-ket arxitektorlar "von Neumann darboğazi" deb ataladigan soat chastotasining ortishi bilan samarasiz bo'lib qoladi - ketma-ket hisoblash oqimlari natijasida ishlash cheklovlari. Bu signal chastotasining ortishi bilan bog'liq bo'lgan qo'shimcha darboğaz bo'lgan signal uzatishni kuchaytiruvchi kechikishlarini oshiradi.
Ko'p protsessorli tizimlardan foydalanish ham keng tarqalgan emas, chunki u murakkab va qimmatli ko'p protsessorli anakartlarni talab qiladi. Shuning uchun mikroprotsessorlarning ishlashini boshqa yo'llar bilan yanada takomillashtirishga qaror qilindi. Superkompyuterlar dunyosidan kelib chiqqan ko'p tarmoqli kontseptsiya eng samarali yo'nalish sifatida tan olingan - bir nechta buyruqlar oqimlarining parallel ishlashi. Shunday qilib, Intel bir yadroli protsessorda bir vaqtning o'zida to'rtta dasturiy ta'minot oqimlarini ishlashga imkon beruvchi ultra-oqimli ma'lumotlarni qayta ishlash texnologiyasi bo'lgan Hyper-Threading Technology (HTT) bilan tug'ilgan. Hyper-threading talab qilinadigan ilovalarning samaradorligini sezilarli darajada oshiradi (masalan, audio va videolarni tahrirlash, 3D-modellashtirish bilan bog'liq), shuningdek, OSni ko'p ishlov berish rejimida ishlatish.
Hyper-threading bilan ishlaydigan Pentium 4 protsessori ikkita mantiqiy yadroga bo'linadigan bir jismoniy yadroga ega, shuning uchun operatsion tizim uni ikki xil protsessor sifatida belgilaydi.
Hyper-threading aslida bitta chipda ikkita jismoniy yadroli protsessorlarni yaratish uchun tebranish paneli bo'ldi. 2 yadroli yadroli ikkita yadro (ikkita protsessor!) Parallel ishlaydi, bu esa past soat chastotasi bilan ko'proq ishlash imkonini beradi, chunki ikkita mustaqil buyruqlar oqimi bir vaqtning o'zida (bir vaqtning o'zida!) Amalga oshiriladi.
Protsessor bir vaqtning o'zida bir nechta dasturiy ta'minot ishlarini bajarish qobiliyatiga ish zarralari darajasida parallellik (TLP) deb ataladi. TLPga bo'lgan ehtiyoj muayyan vaziyatga bog'liq (ba'zi hollarda bu shunchaki foydasizdir!).
Fon-Neumann me'morchiligini takomillashtirishning bosqichlaridan biri - Mavzu Darajali Parallelizm, Tlp). U erda bir vaqtning o'zida ko'p ishlov berish (Bir vaqtning o'zida Ko'p ishlov berishSMT) va kristalli darajadagi ko'p ishlov berish (Chip- darajasi Ko'p ishlov berishCMT). Ushbu ikki yondashuv asosan oqim nima ekanligini tushunishida farqlanadi. Odatda vakillik SMT texnologiya deyiladi HTT (Hyper- Tishli Texnologiya).
F. a rxitekturaning birinchi vakillari CMP serverlarida foydalanish uchun mo'ljallangan po'latdan protsessorlar. Ushbu turdagi qurilmalarda bitta substratga asosan mustaqil ikkita yadro joylashtirildi (8-rasm). Ushbu sxemaning rivojlanishi avval umumiy kesh xotirasi shaklidagi tuzilishga aylandi. 9 va undan keyin har bir yadroda juda ko'p ishlaydigan tuzilish.
Ko'p yadroli protsessorlarning afzalliklari quyidagilar.
Dizayn va ishlab chiqarishning soddaligi (tabiiy ravishda nisbiy). Samarali bir yadro ishlab chiqqandan so'ng, uni zarur tizim komponentlari bilan arxitekturaga qo'shib kristallada takrorlash mumkin.
Quvvat iste'moli sezilarli darajada kamayadi. Misol uchun, agar siz ikkita yadroni chip ustida joylashtirsangiz va ularni bitta "yadro" ning ishlashiga teng bo'lgan ishlashni ta'minlaydigan soat chastotasida ishlayotgan bo'lsangiz, keyin ikkala kuch sarflanishini taqqoslasangiz, u holda elektr quvvatining sarflanishi maydonga deyarli mutanosib ravishda o'sib borayotgan bir necha marta kamayadi chastotalar.
Umuman olganda, agar siz 8 va 9-raqamlarga diqqat bilan qarasangiz, 2-yadroli protsessorda 2 protsessorli tizim va kompyuter o'rtasida hech qanday farq yo'qligini ko'rishingiz mumkin. Muammolar bir xil. Va ulardan biri mos keladigan operatsion tizimdir.
Neytrino tarqatilgan dasturlash modeli bir hil, bir hil muhitda bir nechta protsessorlardan eng yaxshi foydalanishni ta'minlaydi. Bitta protsessor ustida ishlaydigan ilovalar an'anaviy protsessorli aloqa orqali yuklangan yuqori protsessor yuklamasdan, boshqa protsessorlarga ilovalar va tizim xizmatlari (ya'ni, qurilma drayverlari, protokol zahiralari) bilan shaffof ravishda bog'lanishlari mumkin.
Heterojen tizimlarni qurish uchun o'zingizning o'zaro shovqin sxemasini amalga oshirishingiz yoki protsessor bilan o'zaro aloqalarni ta'minlash uchun umumiy infratuzilmani (ehtimol IP asosida) bo'lishga imkon beruvchi ikki operatsion tizimni tanlashingiz kerak. Resurslar bilan bog'liq kelishmovchiliklarni bartaraf qilish uchun ushbu operatsion tizimlar birgalikda apparat tarkibiy qismlari uchun standartlashtirilgan kirish mexanizmini ham taqdim etishi kerak.
AMP uchun tizim ishlab chiqaruvchisi protsessorlar o'rtasida qo'llanadigan apparat resurslarini ajratishni qanday tashkil qilishni aniqlaydi. Odatda, bunday resurs taqsimoti yuklash vaqtida statik ravishda amalga oshiriladi va jismoniy xotiraning ajratilishi, atrof-muhitning boshlanishi va interruptlarning ishlashini o'z ichiga oladi. Tizim resurslarni dinamik ravishda ajratishi mumkin bo'lsa-da, ushbu yondashuvni ishlatib, protsessorlar o'rtasida murakkab muvofiqlashtirishga olib kelishi mumkin.
AMP tizimlarida, boshqa protsessor bo'sh bo'lsa ham, ishlov berish jarayoni har doim bitta protsessorda bajariladi. Natijada, protsessorlardan biri yuklanishi yoki ortiqcha yuklanmasligi mumkin. Ushbu muammoni hal qilish uchun tizim ilovalarni bir protsessordan ikkinchisiga nisbatan dinamik ko'chirishga ruxsat berishi mumkin, ammo bu xatti-harakatlar nazorat qilish punktlarining ma`lumotlar bilan ta`minlanishini qiyinlashtirishi yoki xizmatni uzilishni murakkablashishi mumkin, bu esa bitta protsessorda dasturni bajarish to'xtatilishiga va uni boshlash uchun . Bunday migratsiya jarayoni murakkab yoki hatto mumkin emas, chunki protsessorlar turli xil operatsion tizimlarni ishga tushirishadi.
Simmetrik multiprocessing (SMP) bu muammolarni barcha tizim protsessorlarida Neutrino ning bir nusxasini ishlatish imkonini beradi. OS operatsion tizimning barcha elementlari bilan hamkorlik qiladi, bu sizning resurslarni resurslarni juda ko'p protsessorlar orasida tarqatish imkonini beradi, yoki hech qanday ishlab chiquvchidan aralashmaydi. Bundan tashqari, Neutrino bir nechta ilovalarni resurslarni osongina va xavfsiz ravishda almashish imkonini beradigan pthread_mutex_lock (), pthread_mutex_unlock (), pthread_spin_lock () va pthread_spin_unlock () kabi standartlashtirilgan ibtidoiylar uchun o'rnatilgan mexanizmni taqdim etadi.
Bir operatsion tizimni bir nechta protsessorlarda ishlash SMP-ni resurslarni dinamik ravishda maxsus dasturlarga o'tkazish imkonini beradi, shuning uchun mavjud hisoblash quvvatini kengaytiradi. Bundan tashqari, sistema asoslangan monitoring vositalariga operativ statistikani va dasturlashtirilgan ma'lumotlar almashinuvi ma'lumotlarini ko'p protsessor tizimida to'plash imkonini beradi, bu esa ishlab chiquvchilarga ilovalarni optimallash va disk ruxsati haqida qimmatli ma'lumot beradi.
Misol uchun, System Profiler (IDE qismi) ish zarrachalaridan bir protsessordan ikkinchisiga ko'chib o'tishni, shuningdek tizim qo'ng'iroqlarini, dasturlarni rejalashtirishni, ilovalar va boshqa hodisalarni o'tkazadigan xabarlarni kuzatib borishi mumkin. Ilovalarning sinxronlashtirilishi, shuningdek, murakkab IPC mexanizmlari o'rniga standart operatsion tizimning primitivlaridan foydalanish imkoniyati tufayli ham soddalashtirilgan.
Neutrino ilovalarni ishlov berish jarayonlarini har qanday protsessorga parallel ravishda ishlashga imkon beradi, bu esa ilovalarni har qanday vaqtda ko'p yadroli tizimning barcha mavjud hisoblash quvvatiga ega bo'lish imkonini beradi. Preemption va threadlarni tartiblash imkoniyati ishlab chiquvchiga protsessor vaqtining eng zarur bo'lgan ilovaga o'tkazilishiga ishonch hosil qilishiga imkon beradi.