Zbekiston respublikasi raqamli texnologiyalar vazirligi muhammad al-xorazmiy nomidagi

Parallel hisoblovchi kompyuterlarning turlari

Parallel hisoblashning to’rtta turi mavjud. Bular :

1. 
   Bit darajali parallelizm;
   
2. 
   Instruksiya darajasidagi parallelizm;
   
3. 
   Topshiriq darajasidagi parallelizm;
   
4. 
   Superword darajasidagi parallellik;
   

1. 
   Bit darajali parallelizm
   

Bit-darajali parallelizm - bu juda keng ko'lamli integratsiya (VLSI) texnologiyasiga qarab, protsessor so'z hajmini oshirishga asoslangan parallel hisoblash shakli. Kompyuter dizaynini yaxshilash bit darajasidagi parallellikni oshirish orqali amalga oshirildi
So'z hajmini oshirish, o'lchamlari so'z uzunligidan kattaroq bo'lgan o'zgaruvchilar ustida amalni bajarish uchun protsessor bajarishi kerak bo'lgan ko'rsatmalar sonini kamaytiradi. (Masalan, 8-bitli protsessor ikkita 16-bitli tamsayı qoʻshishi kerak boʻlgan holatni koʻrib chiqing. Protsessor avval har bir butun sondan 8 ta pastki tartibli bitni qoʻshishi, soʻngra 8 ta yuqori tartibli bitni qoʻshishi kerak, bunda bajarish uchun ikkita koʻrsatma talab qilinadi. bitta operatsiya. 16-bitli protsessor bitta buyruq bilan operatsiyani yakunlay oladi)
Tarixan 4-bitli mikroprotsessorlar 8-bitli, keyin 16-bitli, keyin 32-bitli mikroprotsessorlar, keyin 64-bitli mikroprotsessorlar bilan almashtirildi. 32-bitli protsessorlar taxminan 20 yil davomida umumiy maqsadli hisoblashda standart bo'lib kelgan, ammo hozirda 64-bitli protsessorlar yetakchilik qilmoqda.

4-rasm. Bit darajali parallelizmning ishlashi.

2. 
   Ko’rsatmalar darajasidagi parallelizm;
   

Ko'rsatmalar darajasidagi parallelizm (ILP) - kompyuter dasturidagi buyruqlar ketma-ketligini parallel yoki bir vaqtda bajarish. Aniqroq qilib aytganda, ILP bu parallel bajarish bosqichida bajariladigan ko'rsatmalarning o'rtacha sonini bildiradi.
ILPda jarayonni bajarishning yagona o'ziga xos yo'nalishi mavjud. Boshqa tomondan, parallellik protsessor yadrosiga qattiq almashinishda yoki haqiqiy parallelizmda protsessor yadrolari etarli bo'lsa, ideal holda har bir ishlaydigan ip uchun bitta yadro bo'lsa, bir nechta iplarni belgilashni o'z ichiga oladi.
Ko'rsatmalar darajasidagi parallelizmga ikkita yondashuv mavjud: apparat va dasturiy ta'minot.
Uskuna darajasi dinamik parallelizmda ishlaydi, dasturiy ta'minot darajasi esa statik parallelizmda ishlaydi. Dinamik parallelizm protsessor ishga tushirish vaqtida qaysi ko‘rsatmalarni parallel ravishda bajarishni hal qilishini bildiradi, statik parallelizm esa kompilyator qaysi ko‘rsatmalarni parallel ravishda bajarish kerakligini bildiradi. Pentium protsessori parallel bajarishning dinamik ketma-ketligida ishlaydi, lekin Itanium protsessori statik darajadagi parallelizmda ishlaydi.
Quyidagi dasturga e’tibor beraylik:
e = a + b
f = c + d
m = e * f
3-operatsiya 1 va 2-operatsiyalar natijalariga bog'liq, shuning uchun ikkalasi ham bajarilmaguncha uni hisoblab bo'lmaydi. Biroq, 1 va 2 operatsiyalar boshqa hech qanday operatsiyaga bog'liq emas, shuning uchun ularni bir vaqtning o'zida hisoblash mumkin. Agar har bir operatsiyani bir vaqtning birligida bajarish mumkin deb hisoblasak, bu uchta ko'rsatma jami ikki vaqt birligida bajarilishi mumkin, bu esa ILP 3/2 ni tashkil qiladi.
Kompilyator va protsessor dizaynerlarining maqsadi iloji boricha ko'proq ILP ni aniqlash va undan foydalanishdir. Oddiy dasturlar odatda ketma-ket bajarilish modeli ostida yoziladi, bunda ko'rsatmalar birin-ketin va dasturchi tomonidan belgilangan tartibda bajariladi. ILP kompilyator va protsessorga bir nechta ko'rsatmalarning bajarilishini bir-biriga moslashtirishga yoki hatto ko'rsatmalarni bajarish tartibini o'zgartirishga imkon beradi.
Dasturlarda qancha ILP mavjudligi dasturga xosdir. Grafika va ilmiy hisoblash kabi ba'zi sohalarda bu miqdor juda katta bo'lishi mumkin. Biroq, kriptografiya kabi ish yuklari kamroq parallellik ko'rsatishi mumkin.
ILP dan foydalanish uchun ishlatiladigan mikro-arxitektura texnikasi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• 
  Bir nechta ko'rsatmalarning bajarilishi qisman bir-biriga mos kelishi mumkin bo'lgan ko'rsatmalar quvurlari.
  
• 
  Superskalyar bajarish, VLIW va bir-biri bilan chambarchas bog'liq bo'lgan aniq parallel ko'rsatmalarni hisoblash tushunchalari, bunda bir nechta ijro birliklari bir nechta ko'rsatmalarni parallel ravishda bajarish uchun ishlatiladi.
  
• 
  Ko'rsatmalar ma'lumotlarga bog'liqlikni buzmaydigan har qanday tartibda bajariladigan tartibsiz bajarish. Shuni esda tutingki, ushbu texnika quvur liniyasidan ham, superskalyar ijrodan ham mustaqildir. Dinamik ravishda tartibsiz bajarishning joriy ilovalari (ya'ni, dastur bajarilayotganda va kompilyatorning yordamisiz) oddiy dasturlardan ILP ni chiqaradi. Muqobil variant - kompilyatsiya vaqtida bu parallelizmni ajratib olish va qandaydir tarzda bu ma'lumotni apparatga etkazishdir. Tartibdan tashqari bajarish texnikasini masshtablashning murakkabligi tufayli sanoat har bir ko'rsatma uchun bir nechta mustaqil operatsiyalarni aniq kodlaydigan ko'rsatmalar to'plamlarini qayta ko'rib chiqdi.
  
• 
  Registr nomini o'zgartirish, bu registrlarni registrlardan qayta foydalanish orqali yuklangan dastur operatsiyalarini keraksiz ketma-ketlashtirishning oldini olish uchun foydalaniladigan texnikani nazarda tutadi va tartibsiz bajarilishini ta'minlaydi.
  
• 
  Ko'rsatmalarning to'liq yoki qismlarini bajarishga ishonch hosil qilishdan oldin bajarilishini ta'minlaydigan spekulyativ ijro. Spekulyativ bajarishning tez-tez ishlatib turadigan shakli bu nazorat oqimi ko'rsatmasi bo'lib, bunda nazorat oqimi bo'yicha ko'rsatma (masalan, filial) o'tgan ko'rsatmalar nazorat oqimi ko'rsatmasining maqsadi aniqlanmaguncha bajariladi. Spekulyativ bajarishning bir qancha boshqa shakllari taklif qilingan va qo'llanilmoqda, shu jumladan qiymatni bashorat qilish, xotiraga bog'liqlikni bashorat qilish va kesh kechikishini bashorat qilish orqali boshqariladigan spekulyativ ijro.
  
• 
  Nazoratga bog'liqliklarni hal qilish uchun to'xtab qolmaslik uchun ishlatiladigan filiallarni bashorat qilish. Filialni bashorat qilish spekulyativ ijro bilan qo'llaniladi.
  

5-rasm. Atanasoff–Berry kompyuteri - parallel jarayon bo’yicha ishlovchi ilk kompyuter.



6-rasm. Superskalyar protsessorning quvurlari. Bir vaqtning o'zida ikkita yo'riqnomani olish va jo'natish orqali har bir tsiklda ko'pi bilan ikkita ko'rsatmalar bajarilishi mumkin. (IF = ko'rsatmalarni olish, ID = ko'rsatmalarni dekodlash, EX = bajarish, MEM = xotiraga kirish, WB = registrni qayta yozish, i = ko'rsatma raqami, t = soat aylanishi [ya'ni vaqt])

3.