Kompyuter arxitekturasining rivojlanishi

Flinn klassifikatsiyasi
1966-yilda M. Flinn tomonidan protsessorda ishlov beriluvchi oqim yoki elementlar ketma-ketligi (buyruqlar va ma'lumotlar) tushunchasi bo' lgan EHM va hisoblash tizimlari arxitekturalarining klassifikatsiyalari taklif qilingan. Ma'lumotlar va buyruqlar 5 oqimi soniga asoslangan ushbu klassifikatsiyalar tizimi to'rtta asosiy turga ajratiladi. SISD (single instruction stream / single data stream)-bitta buyruq oqimi va bitta ma’lumotlar oqimiSIMD (single instruction stream / multiple data stream)- bitta buyruq oqimi va ko’p ma’lumotlar oqimi)MISD (multiple instruction stream / single data stream)- ko’p buyruqlar oqimi va bitta ma’lumotlar oqimi MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream)- ko’p buyruqlar oqimi va ko’p ma’lumotlar oqimi .Parallel hisoblash tizimlari konverli hisoblash superskalyar hisoblashlar . Hyper threading texnologiyasi .
Ma’lumotlarni parallel ishlashning ikkita asosiy shakli mavjud:
1.Buyruqlar sathidagi parallellik.
2.Protsessorlar sathidagi parallellik.
Birinchi holatda unumdorlikni oshirish uchun, har bir sekundda ko‘proq buyruqlarni bajarilishini yo‘lga qo‘yish kerak bo‘ladi. Ikkinchi holatda unumdorlikni oshirish esa, bitta topshiriqni bajarishni, bir vaqtda bir necha protsessorlarga yuklash bilan erishiladi. Avval, o‘ttiz ikki razryadli bitta protsessorli kompyuterlarning unumdorligini oshirishda qo‘llanilgan – buyruqlar sathidagi parallelik nima ekanligini tushuntirib o‘tamiz. Birinchi bosqich (C1 bloki) – asosiy xotirada yozilgan buyruqni chaqirib oladi va oraliq xotiraga, ya’ni buyruqlar registri IR-ga joylashtiradi.
Ikkinchi bosqich (C2 bloki) – buyruqni dekodlaydi, ya’ni uni qanday buyruq ekanligini va ushbu buyruqning operandalari qanday operandalar ekanligini aniqlaydi. Operandalar deganda buyruqni bajarilishida qatnashadigan ma’lumotlar tushuniladi. Bu operandalar – ishorali yoki ishorasiz butun sonlar, suriluvchi nuqtali sonlar, o‘nli-ikkilik sonlar, simvolli yoki mantiqiy ma’lumotlardan biri bo‘lishi mumkin. Hisoblash tizimida parallel ishlaydigan bir nechta protsessorlar bo’lishi mumkin. Bunday tizimlar – ko’p protsessorli tizimlar deb ataladi. Hyper-Threading (HT) texnologiyasidan foydalanilganda bir mavjud prosessor operasion sistema tomonidan ikki vitual prosessorlar kabi qabul qilinadi, bu server platformasi har bir prosessoriga ko'p oqimli server qo'shimchalarining baravariga ikki oqimini bajarish imkonini beradi. HT texnologiyasi qo'shimchalar hisoblash ehtiyojlari o'zgarishi bo'yicha prosessor o'rtasida ularning resurslarini qayta taqsimlaydi. Ko'p oqimli qo'shimchalari bilan oqimlarni parallel bajarishga imkon berib u prosessor resurslaridan maksimal samarali foydalanishni ta'minlaydi va aniq vaqt davomida ko'proq ish bajarishni amalga oshirishga yordam beradi.
Multi tasking va ko’p oqimli tizimlar VLIW SMT (simultaneous multithreading). Ko'p vazifalarni bajarishning afzalliklari. Ma'lumotlar dasturlar orasida ko'chirilishi va joylashtirilishi yoki sudrab tashlanishi mumkin. Hosildorlikni oshirishi mumkin, chunki bir vaqtning o'zida bir nechta dastur ishlashi mumkin. Har qanday o'zgarishlar yoki yangilanishlar darhol ko'riladi. Masalan, yangi elektron pochta xabarlari kelib tushsa, darhol bilasiz. Ko'p vazifalarni bajarishning kamchiliklari.
1. Ko'proq tizim resurslarini talab qiladi.
2. Agar noutbukda yoki ko'chma qurilmada bo'lsa, ko'proq batareya quvvatini oladi.
3.Ko'p vazifalar odamlar uchun foydalimi yoki zararli?
Aksariyat kompyuterlar, dasturlar va operatsion tizimlar ko'p vazifalarni bajarishga mo'ljallangan bo'lib, unda juda yaxshi ishlaydi. Biroq, ko'plab tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, ko'p vazifalar samaradorlikni pasaytiradi, xatolarni ko'paytiradi va bilim samaradorligini pasaytiradi.SMT kelishi bilan vaziyat biroz murakkablashadi. Konveyerni va ikkita ishchini tasavvur qiling-a, bitta tornavida va ikkita kalit mavjud. Bunday holda, ularning har biri faqat tornavida yoki faqat kalit bilan ishlashi mumkin. Bir konveyer shartli ravishda ikki qismga bo'linadi. SMT bir vaqtning o'zida bunday konveyerga ikkita raqamni qo'shishga imkon beradi, ulardan biri tornavida bilan ishlaydi, ikkinchisi esa kalit bilan ishlaydi, shuning uchun bu ishchilarning xatti-harakatlari shunday bo'ladi: — Birinchi ishchi tornavida uchun operatsiya oladi, ikkinchisi qarama-qarshi, bir vaqtning o'zida, kaliti uchun operatsiya qiladi, shundan keyin ikkalasi ham natijani qayd qiladi. Shu asosda, konveyerda bir tomondan operatsiya (A va B) va (D va E) boshqa tomondan — hamma narsa yaxshi, lekin hisoblash zanjirini parallelizatsiya qilishda ikkita muammo paydo bo'lishi mumkin: 1. Konveyerning bir tomonida harakat (A va B) = C, ikkinchisida (D va E) = C, ya'ni birinchi navbatda bitta C qiymatini, so'ngra ikkinchi C qiymatini, lekin bir vaqtning o'zida (boshqaruv mojarosini) yozish kerak edi. 2. Konveyerning bir tomonida harakat (A va B) = C, ikkinchisida (A va C) = D, ya'ni birinchi navbatda C ni hisoblashingiz va keyin D ni hisoblashingiz kerak, lekin ayni paytda (ma'lumotlar bo'yicha ziddiyat). Har ikkala nizo ham yo'riqnomani kechiktirishga olib keladi va jamoalarning izchil bajarilishi bilan hal qilinadi. Bunday kechikishlarni kamaytirish uchun protsessor elementlari Transition predictor va CPU Kesh deb nomlangan.
Transition predictor, nomidan ko'rinib turganidek, bashoratni amalga oshiradi:) turli xil o'zgarishlar bir raqamdan yuqori bo'lishi kerak bo'lgan birinchi muammo yuzaga kelishi ehtimolini taxmin qiladi. O'z navbatida, protsessor keshini ikkinchi muammoni tezda hal qilish uchun zarur, chunki biz ifodani hal qilishni to'xtatamiz (A va C) = D va Keshda ishlash natijasini yozamiz ( a va 6 B) = C, keyin darhol hisoblab chiqamiz (A va C) = D. Adolat uchun, u rasparallelivaniya konveyer muammo SMT holda ko'p yadroli protsessorlar paydo, deb oydinlik kiritish uchun zarur bo'lgan, lekin ko'p yadroli protsessor bo'sh vaqt yo'q, ikki ishchi bir tornavida, t.k. bunday terminologiya, har bir ishchi o'z tornavida va kaliti bor. Ushbu raqslarning barchasi CPU tomonidan hozirgi operatsiyalarni parallellashtirish haqida taxmin qilish atrofida, SMT bilan yadrolarda turli xil vazifalarni ochishda jiddiy energiya yo'qotishlariga va sezilarli frizlarga keladi.Umuman olganda, "Intel" birinchi "Xeon" ko'p yadroli protsessorlarini yaratish bilan bir vaqtda "Hyper-Threading" ni ishlab chiqdi va aslida bu texnologiya bir yadroga ikkita konveyer qo'yilganda bunday kelishuv deb hisoblanishi mumkin. Reklamachilarning fikriga ko'ra, bitta yadro bir vaqtning o'zida bir nechta vazifalarni bajarishi mumkin va "ba'zi foydalanish stsenariylarida" ishlash qanday yaxshilanishi mumkin, ammo SMT kontseptsiyasiga xos muammolar haqida jim turish odatiy holdir.