Protsessorlar turlari, matritsali va vektorli protsessorlar

Modernization of Higher Education in Central Asia through New Technologies (HiEdTec)

13	PROTSESSORLAR TURLARI, MATRITSALI VA VEKTORLI PROTSESSORLAR

Reja:

1. 
   Matritsali kompyuterlar
   
2. 
   Multiprotsessorli kompyuterlar
   

Kalit so’zlar: Kompyuter arxitekturasi, electron xisoblash mashinasi, multiprotsessorli kompyuterlar, Matritsali kompyuterlar.

1. 
   Matritsali kompyuterlar
   

Buyruqlar sathidagi parallellik asosida qurilgan – konveyerli va superskalyar arxitekturali protsessorlar kompyuterlarning ishlash tezliklarini, ya’ni kompyuterning ish unumini yoki unumdorligini odatda 5-10 barobar oshirish imkonini berar ekan. Kompyuterlar unumdorligini 50, 100 barobar va undan ko‘proq oshirish uchun – bir nechta protsessorlardan iborat kompyuterlarni yoki bir nechta kompyuterlardan iborat kompyuter tizimlarini yaratish kerak ekan. Ushbu sohaga oid adabiyotlarda - tizim iborasi, bir nechta kompyuterlardan iborat kompyuterlar jamlanmasiga nisbatangina emas, balki bir nechta protsessorlardan iborat kompyuterga nisbatan ham ishlatiladi. Hozirda bunday kompyuterlarni – ko‘p yadroli protsessorga ega kompyuterlar yoki tizimlar deb atalmoqda.

Matritsali kompyuterlar. Fizika va texnika fanlarida echilishi kerak bo‘lgan masalalarda – matritsalar shaklidagi massivlar yoki turli xil tartiblangan strukturalar ustida amallar bajarish talab etiladi. Ko‘p hollarda ana shu xildagi to‘plamlar tarkibiga kirgan turli ma’lumotlar to‘plamlari ustida - bir vaqtda bir xil hisoblashlarni bajarish kerak bo‘ladi. Bunday hisoblashlarni bajarish uchun yaratilgan dasturlarning tartiblanganligi va strukturalanganligi, ularning alohida-alohida bo‘laklarini parallel tarzda bajarish bilan hisoblashlarni anchagina tezlashtirish mumkin ekan. Katta- katta ilmiy dasturlarni bajarilishini tezlashtirishning ikki xil sxemasi mavjud:

1. 
   Bitta protsessorni kengaytirish.
   
2. 
   Hisoblashlarni bajaruvchi ko‘p protsessorlardan foydalanish.
   

Birinchi sxema asosida qurilgan protsessorlar matritsali va vektorli protsessorlar deb ataladi. Bunday protsessorlar asosida qurilgan kompyuterlar esa matritsali kompyuterlar deb ataladi.
Matritsali protsessor (Array processor) deganda – bir vaqtda ko‘p sonli ma’lumotlar, ya’ni matritsaning elementlari ustida, bir-xil ketma- ketlikdan iborat buyruqlarni, ya’ni bir hil amalni bajaradigan ko‘p sonli protsessorlar tushuniladi. Ushbu g‘oya asosida qurilgan dastlabki kompyuter, 1972 yili AQSHning Illinoys universitetida qurilgan ILLIAC IV kompyuteri hisoblanadi.


Rejaga asosan bu kompyuter protsessori, har birida 8x8 o‘lchamdagi matritsa shaklida joylashtirilgan 64-tadan protsessori bo‘lgan 4-ta kvadrantdan iborat bo‘lishi kerak edi. Jami 64x4 = 256-ta protsessor.

ILLIAC IV kompyuterining matritsali protsessori.

Har bir kvadrant alohida boshqarish blokiga ega bo‘lib, bu bloklar kvadrant tarkibidagi protsessorlarga bir xil buyruqlarni jo‘natib turgan. Kvadrant tarkibiga kirgan protsessorlarning har biri o‘ziga tegishli bo‘lgan xotiradan olingan ma’lumotlardan foydalangan. Bunday kvadrant yordamida bir sekundda suriluvchi nuqtali sonlar ustida 50 mln. amal bajrishga erishilgan. To‘rtta kvadrant bilan esa, sekundiga 1 mlrd. amal bajarish ko‘zda tutilgan. Biroq tarkibida to‘rtta kvadrantdan iborat bo‘lgan, jami 256-ta protsessorli matritsali protsessorni, ya’ni ko‘p yadroli protsessorni qurish anchagina mablag‘ talab qilganligi sababli, ILLIAC IV kompyuteri protsessorining 64-ta protsessordan iborat bo‘lgan – bitta kvadrantli varianti ishlab chiqilgan halos.
Fon-neyman arxitekturasidan anchagina farq qiladigan ushbu arxitektura, Flin klassifikatsiyasiga asosan SIMD (Single Instruction- stream Multiple Data-stream) ko‘p ma’lumotlar oqimiga ega bitta buyruqlar oqimi arxitekturasi deb ataladi.
Ko‘p protsessorli kompyuter hisoblangan vektor protsessorli (vector processor) kompyuterga misol qilib - Cray Research firmasi tomonidan ishlab chiqarilgan Cray-1 (1974 yil) superkompyuterini keltirish mumkin.

Matritsali va vektor protsessorlarni qurishda ishlatilgan tamoillardan zamonaviy kompyuterlar protsessorlarini ishlab chiqishda ham foydalanilmoqda. Ular asosida Pentium oilasi mansub protsessorlarning buyruqlari to‘plamlariga kiritilgan MMX va SSE-buyruqlari ishlab chiqilgan. MMX (Multi Media eXtension) - tovush va video ma’lumotlarni ishlash tezligini oshiruvchi buyruqlar to‘plami. SSE (Streaming SIMD Extensions) – multimedia ma’lumotlarni oqimlar tarzida ishlovchi qo‘shimcha buyruqlar to‘plami. Bu buyruqlar to‘plamlari yordamida multimediali dasturlarning tezkor bajarilishi amalga oshirilmloqda.

2.