Mavzu: Kirish. Fanning mazmuni, maqsadi va vazifalari. Parallel xisoblash tizimlari. Reja

Dasturlashning ketma-ket va parallel modellari

Dasturlash modeli – abstrakt kompyuter arxitekturasiga javob beradigan dasturlash usullari majmuasi bo’lib, ma’lum algoritmlar sinfin amalga oshirilishi uchun mo’ljallangan. Dasturlash modeli kompyuter va uning arxitekturasini mantiqiy tashkillash xaqida aniq tasavvurga ega bo’lish uchun xizmat qiladi. Bunday arxitekturalarning xar xil turlari mavjud bo’lib, ulardan biri Flinn taksonomiyasi klasssifikatsiyalari xisoblanadi. Arxitekturaning bu turi kompyuterning buyruqlar va ma’lumotlar oqimi bilan ishlash xususiyatlariga asoslanadi (1-5 rasm).

1-rasm. Flinn klassifikatsiyasining parametrlari.

2-rasm. SISD arxitekturasi (Single Instruction Stream - Single Data Stream) – bir oqim buyruqlar va bir oqim ma’lumotlar.

3-rasm. SIMD arxitekturasi (Single Instruction Stream - Multiple Data Stream) – bir oqim buyruqlar va bir nechta oqim ma’lumotlar.

4-rasm. MISD arxitekturasi (Multiple Instruction Stream - Single Data Stream) – birnechta oqim buyruqlar va bir oqim ma’lumotlar.

5-rasm. MIMD arxitektura (Multiple Instruction Stream - Multiple Data Stream) – bir nechta oqim buyruqlar va bir nechta oqim ma’lumotlar.

Ma’lumotlar va buyruqlarning o’zaro aloqasini informatsion graflar ko’rinishida ham tasavvur qilish mumkin. Informatsion graf opertsiyani bajarilish ketma-ketligi va turli makrooperatsiyalar yoki operatsiyalar bloki bilan o’zaro bog’liqligini ifodalaydi. Informatsion graf tugunlari makrooperatsiyalar, bir tomonlama dugalar esa ma’lumot almashish kanallari xisoblanadi (6-rasm).

6-rasm. Dasturning informatsion grafi.

Xar bir tugunni quyidagi belgilar bilan xarakterlash mumkin (n, s), ya’ni, n – tugun nomi, s - uning xajmi. Tugun o’lchami uning tarkibiga kiruvchi elementar opertsiyalar miqdori bilan aniqlanadi. Dugalar esa (v, d) tarzida xarakterlanadi, ya’ni bunda v – uzatilayotgan ma’lumotlar, d – uning yuborilishi uchun sarflanadigan vaqt.

Informatsion graf chiziqli maydonlar, shuningdek, ko’p bog’lamli fragmentlar (tsikllar)ga ham ega. Informatsion grafning chegaraviy xolati makrooperatsiyalarning chiziqli ketma-ketligi ekvivalenti va chiziqli ketma-ketlik soxasiga (7-rasm) ketma-ket va parallel xisoblash modellariga toza mos keladi.

7- rasm. Dastur informatsion grafining chegaraviy xolati.

Dasturlashning ketma-ket modeli uchun quyidagi xususiyatlar xarakterlidir:

• 
  Nisbatan yuqori bo’lmagan ishlab chiqarish;
  
• 
  Standart dasturlash tillarining qo’llanilishi;
  
• 
  CHiqish kodi darajasida dasturning yaxshi o’zlashtirilishi;
  

Parallel model esa quyidagilar bilan xarakterlanadi:

• 
  Dasturlarni yanada yuqori darajada ishlab chiqishga erishish imkoniyati;
  
• 
  Dasturlashning maxsus uslublarini qo’llash;
  
• 
  Dasturlashning maxsus qurilmalaridan foydalanish imkoniyati;
  
• 
  Dasturlash ishlari xajmining yanada ortishi;
  
• 
  Dasturni o’tkazuvchanligi bilan bog’liq muammolarining xususiyatlari.
  

Parallel ilovalarni ishlab chiqishda parallel dasturlash modellari uchun spetsifik muammolar ham yuzaga kelishi mumkin:

• 
  Ko’plab protsessorlar ishini boshqarish;
  
• 
  Ma’lumotlarni jarayonlar o’rtasida uzatishni tashkillash;
  
• 
  Chorasiz xolatlar extimolligi (o’zaro bloklanish). Bloklash boshqa jarayon bilan bloklangan, o’z navbatida ishni javom ettirish uchun talab qilinadigan ikkinchi jarayon yoki oqimni resursga kirish uchun kutib turganda xosil bo’ladi;
  
• 
  Xatoliklarning lokal bo’lmagan va dinamik xarakteri. Jarayon yoki oqim turli protsessorlar yoki yadrolarda amalga oshiriladi. Xisoblovchi tugunlar yuklanganda vaqt o’tishi bilan o’zgaradi, chunki parallel dasturlashni yaxlit ishlashi uchun aniq sinxronlash bilan ta’minlanganlik talab etiladi;
  
• 
  Determinizm sarfi (jarayonni uning bajarilishida oldindan taxmin qilinadigan xarakatlari). Parallel dastur 8 marta qayta yuklanganda, xatto kodni modifikatsiyasi va chikuvchi ma’lumotsiz ham turli natijalarni berishi mumkin. Bu “ma’lumotlar izidan quvish” – turli jarayonlar yoki umumiy qo’llaniladigan oqimlarga bir vaqtning o’zida va asinxron kirish oqibati xisoblanadi.
  
• 
  Dastur masshtablashtirilishi xaqida qayg’urishning dolzarbligi (masshtablashtirilish – bu xisoblash tizimi, kompyuter tarmog’i yoki jarayon/jarayonlarning xos xususiyati bo’lib, ularning murakkabligi o’sib borsa ham samarali ishlash qobiliyatining saqlanib qolishi demakdir);
  
• 
  Xisoblovchi tugunlarning muvozanatlashgan yuklamasi xaqida qayg’urish zarurati.