Vii bap. Kompyuter tarmaqlarınıńámeliy qollaniliwi

Matricalı esaplaw sisteması.
Matricalı esaplaw sistemalarınıń waziypasi kóp tárepten vektorlı esaplaw sistemalarına uqsap, úlken maǵlıwmat massivlerin qayta islew. Matricalı sistemalar tiykarinda processor elementiniń (PE) turaqlı massivinen dúzilgen matricalı processor jatadi. Bir qaraǵanda bul túrdegi sistemalardı payda etiw júdáápiwáyi. Buyrıqlar aǵımin islep shiǵariwshi uliwmalıq basqariw qurılmasına hám parallel islep, hár biri óz maǵlıwat aǵımin qayta isleytuǵın kóp sanlı PE ne iye. Biraq ámeliyatta, keń kólemdegi máselelerdi sheshiwde sistemaniń jeterli dárejede nátiyjeliligin támiynlew ushın processor elementleri arasindaǵı baylanisti sonday payda etiw kerek, processorlardı imkáni barinsha tolıq júklew kerek. PE ler arasindaǵı baylanistiń xarakteri sistemaniń hár túrli qásiyetin aniqlaydi.
Matricalı hám vektorlı sistemalar arasinda úlken pariq bar. Matricalı processor matricaǵa logikalıq birlestirilgen hám SIMD usilinda isleytuǵın kóplegen uqsas bolǵan funkcional bloklardıintegrallastiradi(pútinlestiredi). Bul bloklar logikalıq matricaǵa birlestirilgen bolıp, sinxron isleydi, yaǵniy hámmesi ushın tek ǵana bir buyrıqlar aǵımi qatnasadi. Óz náwbetinde vektorlı processorlardan paydalanıw ańsatraq, sebebi vektorlardı qayta islewshi buyrıqlar insane ushın SIMD qaraǵanda programmalastırıwdiń qolay modellerinen biri.
Matricalı esaplaw sistemalarınıń arxitekturasi 7.4-súrette kórsetilgenindey súretlew múmkin. Negizinde kóplegen maǵlıwmatlar elementin parallel qayta islew processor massivi tárepinen ámelge asırıladı. Processor massivindaǵımaǵlıwmatlardı qayta islewdi basqariwshi jalǵız buyrıqlar aǵımi processor massiviniń kontrolleri tárepinen islep shiǵıladı. Controller izbe-izliktegi programma kodin orınlaydi, shárli hám shárciz ótiw ámellerin ámelge asiradi, processor massivina buyrıqlardı, maǵlıwmatlardı hám basqariw signalların uzatadi. Buyrıqlarǵa processor tárepinen qatań sinxronlastırıw rejiminde qayta islenedi. Basqariw signallarıbuyrıqlardı sinxronlastırıw hám qayta jónetiwushın isletiledi, hámde esaplaw procesin basqariw, tiykarinan processor massivleri qanday ámellerdi orınlawi kerek, qandayların orınlawi kerek emesligin aniqlaydi. Kontrollerlerden tarqatiwdiń keń esittiriwli shinasi arqalıbuyrıqlar maǵlıwmatlar hám basqariw signalları processor massivina uzatiladı. Shártli ótiw ámellerinińorınlanıwi esplawdiń nátiyjesine baylanıslı bolǵani ushın processor massivindaǵı qayta islew nátiyjeleri kontrollerlerge nátiyjeler shinasinan ótip atirǵanda uzatiladı.

Programmani jaratıw hám sazlaw waqtinda paydalanıwshini qolayli interfeys penen támiynlew ushın, ádette, bunday sistemalar quramina interfeysli mashina (IM) kiritiledi. Bunday IM rólin kontrollerge maǵlıwmatlardı hám programmalardı júklew waziypasin qosımsha qilip júkletilgen universal esaplaw mashinasi orınlaydi. Bunnan tisqari, kontrolerge maǵlıwmatlardı hám programmalardı júklew tuwridan-tuwri kiritiw/shiǵariw qurılmasınan, máselen, magnit diktende orınlansa boladı. Júklewden soń keń esittiriwli shina boylap processor massivina SIMD-buyrıqlardı uzatiw menen birge programmani ornatiwǵa kirisedi.

processor massivin kórip shiǵıw menen birge, onda kóplegen processorlardan tisqari, kóplegen maǵlıwmatlar kópligin saqlaw ushın kóplegen yad modelleri bolıwın esapqa alıw kerek. Bunnan tiqari, massivta processorlar menen yad moduli arasinda da, óz ara baylanıslı tarmaq ámelge asqan bolıwı kerek. Solay qilip, processor massivi termini astinda processorlar yad modulleri hám jalǵaniw tarmaǵınan dúzilgen blok túsiniledi.
Processor massiviniń waziypaları.
Matricalı SIMD – sistemalarda processor elementleri massivlarınıń arxitekturasin dúziwdiń tiykarǵı eki túri keń tarqalǵan (7.5-súwret).
«Processor elementi - Processor elementi » (PE-PE) arxitekturasi kórinisinde belgili bolǵan birinshi variantta N processor elementleri óz ara jalǵaniw tarmaqları menen bylanisqan(7.5,q-súret).

Bunda hár bir PE lokal yadqa iye processor esaplanadı. Processor elementleri shinasi arqalı kontrollerden alınǵan buyrıqlardıorınlaydi hám lokal yadlarında saqlanǵan maǵlıwmatlardı qalay qayta islese, kontrollerlerden kelgen maǵlıwmatlardı da solay qayta isleydiKiritiw/shiǵariw qurılmaları menen processor elementleri arasinda kiritiw/shiǵariw shinasi informaciya almasıwǵa xızmet qilǵan waqıtta, processor elementleri arasinda maǵlıwmat almasıw jalǵaniw tarmaǵı arqalıámelge asırıladı. Óz aldina PE lerden processor massivi kontrollerine nátiyjeni translyacia qılıwushın nátiyjeler shinasi xızmet qiladı. Lokal yadtan paydalanǵanlıǵı sebepli kórip shiǵılip atirǵan sistemaniń apparat quralları júdá nátiyjeli qurıliwi múmkin. Informaciyani jónetiw boyınsha háreketlerdiń júdá kóp algoritmleri lokal esaplanıp, yaǵniy eń jaqin qońisilar arasinda júz beredi. Sol sebepli hár bir PE tek ǵana qońisi PE menen baylanisqan arxitektura menen belgili. Bunday arxitekturalı esaplaw sistemalarına missal qilip, MP-1, Connection Machine CM-2, GF11,DAP,MPP,STRARAN,PEPE,ILLIAC IV keltiriw múmkin.

Arxitekturaniń ekinshi túri - «processor-yad» 7.5,b-súwretteberilgen. Bunday konfiguraciyada eki tárepke jóneltirilgen jalǵaniw tarmaǵı N processorlardı M yad moduli menen baylanistiradi. Processorlar maǵlıwmatlar shinasi arqalı kontrollerler tárepinen basqariladı. Processorlar arasindaǵımaǵlıwmatlar almasıwi tarmaq arqalıda, yad moduli arqalı daámelge asırıladı. Yad modulleri hám kiritiw/shiǵariw shinaları arqalı támiynlenedi. Aniq yad modulinen kontrollerge maǵlıwmatti uzatiw ushın nátiyjeler shinasi xızmet qiladı. Bunday arxitekturalı esaplaw sistemalarına missal qilip, Burroughs Scientific Processor (BSP), Texas Reconfigurable Array Computer (TRAC) keltiriw múmkin.

Kópshilik matricalı SIMD-sistemalarda processor elementleri sıpatında shegaralanǵan kólemdegi lokal yadqa iye ápiwayi RISC-processorlar isletiledi. PE kóbinshe sózdińsalıstırǵanda onsha úlken bolmaǵan razryadlar sanina hám kilobit lokal yadqa iye. PE massivinińápiwayilıǵı sebepli bir úlken integral mikrosxema kórinisinde ámelge asırıliwi múmkin, bul mikrosxemalar arasindaǵı baylanislar sanin hám sistemaniń bunnan kelip shiǵadi, sistemaniń gabaritin qisqartiradi.

Kópshilik esaplaw sistemalarında PE niń ajiratip bolmaytuǵın komponentlerine tómendegiler kiredi:
- arifmetikalıq-logikalıqqurılma(ALQ);
- maǵlıwmatlar registri;
- maǵlıwmatlardı jónetiw buffer registrli tarmaq interfeysi;
- processordiń májburiy tártip nomeri;
- maskirlewge ruxsat beriwshi bayraq registri;
- lokal yad.
Maǵlıwmatlar shinasi arqalı kontrollerden kiriwshi buyrıqlar menen basqarilatuǵın processor elementleri óziniń registri hám lokal yadinan maǵlıwmatlardı tańlawi, ALQ da olardı qayta islep, nátiyjeni registrda hám lokal yadta saqlawi múmkin. PE hám tap usnday maǵlıwmatlar shinasinan keletuǵın maǵlıwmatlardı qayta islew múmkin. Bunnan tisqari, hár bir processor elementi tarmaq interfeysi quramina kiriwshi ózinińmaǵlıwmatlardı jónetiw tarmaq interfeysinen paydalanıp, jalǵaniw tarmaǵı arqalı basqa PE lerden maǵlıwmatlardıalıwǵa hám basqa PE lerge jónetiw haqi bar.PE hám kiritiw/shiǵariw qurılmaları arasindaǵımaǵlıwmatlardı jónetiw sistemasıniń kiritiw/shiǵariw shinasi arqalıámelge asırıladı. Massiv processorındaǵı hár bir PE Nge PE mánzili dep atalatuǵın 0 den N-1 ge shekem bolǵan pútin sannan dúzilgen ájáyip san beriledi. Bul PE uliwmalıqámelde qatnasiwi kerek ekenligin kórsetiw ushınonıń quraminda ruxssat beriw bayraq registry boladı. Bul registrdiń jaǵdayin kontrollerdiń basqariw signalları, yáki PE nińózindegi ámeldiń nátiyjesi yáki ekewide birgelikte aniqlaydi.
Matricalı sistemaniń jáne bir qásiyetlerinen biri PE niń jumisin sinxronlastırıw usili bolıp esaplanadı. Hámme PE bir waqıttıńózinde buriqladı hám alǵani, hám orınlaǵani ushın, olardıń jumisları qatań sinxronlastiriladı. Bul PE ler arasinda informaciyani jónetiw ámellerinde júdá girewli. Tórt qońisi PE ler arasinda almasıw ámelge asırılǵan sistemalarda informaciyani uzatiw «registr-registr» rejiminde ámelge asırıladı.
Processor elementlerinińóz-ara baylanisqan tarmaqlardıń nátiyjeliligin kóbinshe matricalı sistemaniń múmkin bolǵan ónimdarlıǵın aniqlaydi. Tarmaqtıń hár túrli topologiyaları qollaniladı. Demek matricalı sistemaniń processor elementleri sinxron islep atir eken, informaciyani da kelisilgen sxemada almasıp, bir neshe PE derekten bir PE qabillawshiǵa sinxron uzatiw imkániyatın uzatiw kerek. Informaciyani uzatiw ushın tarmaq interfeysinde tek bir maǵlıwmatlardı uzatiw registry qatnassa, bul maǵlıwmatlardı joǵaltiwǵa alıp keledi, sonıńushın bir qansha sistemalarda bunday jaǵdaylardı joq qılıwushın arnawli mexanizmler kózde tutilǵan. Maǵlıwmatlardı tarmaq boylap uzatiw tek ǵana PE lerge tiyisli bolsa, passiv processor elementleride bul ámellerge óz úleslerin qosadi. Eger aktiv PE basqa PE den oqıwdi talap ece, bul ámel informaciyani oqip atirǵan PE niń мавқеи qanday bolmasınorınlanadı. Matricalı sistemalarda eń kóp tarqalǵan topologiyalardan reshotka tárizli hám giperkuv esaplanadı. Sonday aq ILLIAC IV, MPP da hár bir PE MP-1 hám MP-2 mashinalarda bolsa segiz qońisi PE menen baylanisqan.