Параллельно-последовательный коммутатор для систем параллельной и распределенной обработки данных

• Автор: Беляев, Юрий Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 180 с. : ил

Содержание
Введение.

Глава 1. Задачи обработки сообщений в параллельных системах

1.1. Архитектура современных параллельных и распределенных систем.

1.2. Коммутационные особенности задач в МРРсистемах

1.3. Архитектура коммутационной подсистемы параллельных и распределенных систем

1.4. Статические коммутационные подсистемы в МРРсистемах

1.5. Процедура коммутации сообщений в МРРсистемах

1.6. Выводы по главе

Глава 2. Параллельнопоследовательные процедуры коммутации

сообщений для МРРсистем

2.1. Содержательная характеристика задачи разработки процедуры коммутации сообщений
2.2. Параллельнопоследовательная процедура коммутации
2.3. Параллельноконвейерная процедура коммутации сообщений.
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Структура коммутаторов на основе предложенных
процедур коммутации.
3.1. Структурная схема параллельнопоследовательного коммутатора.
3.2. Пример работы параллельнопоследовательного коммутатора.
3.3. Структурная схема параллельноконвейерного коммутатора.
3.4. Пример работы параллельноконвейерного коммутатора
3.5. Функциональная схема параллельнопоследовательного коммутатора
3.6. Выводы по главе.
Глава 4. Комплексная оценка разработанных процедур
и коммутаторов на их основе
4.1. Аналитическая оценка аппаратной сложности коммутаторов.
4.1.1. Аналитическая оценка аппаратной сложности последовательного и параллельнопоследовательного коммутатора
4.1.2. Аналитическая оценка аппаратной сложности параллельноконвейерного коммутатора.
4.2. Аналитическая оценка пропускной способности разработанных коммутаторов
4.3. Экспериментальная оценка пропускной
способности коммутаторов
4.4 Архитектура библиотеки классов моделирования коммутаторов
4.5. схемы моделируемых коммутаторов
4.6. Выводы по главе
Заключение.
Список литературы


КГ1 настолько важна для многопроцессорной системы, что многие характеристики производительности и другие оценки выражаются отношением времени обработки к времени обмена, соответствующим решаемым задачам. Существуют два основных принципа организации КП: один основан на передаче сообщений от одного ПЭ другому (так называемые системы с распределенной памятью), другой - на использовании общей памяти. Учитывая аппаратную сложность создания многопроцессорных систем с общей памятью (существующие аналоги содержат не более процессоров), необходимо выделить перспективность систем с распределенной памятью (ограничений по количеству ПЭ теоретически нет). Подобные ВС образуют класс МРР-систем -систем с массовым параллелизмом (МРР - Massively Parallel Processor). Перспективность МРР-систем подтверждается рис. МРР-систем. Const. Рис. При все большем возрастании сложности решаемых С задач, проблема синтеза эффективной КП стоит в МРР-системах весьма остро, так как решаемые ими задачи, как правило, характеризуются высокоинтенсивным межпроцессорным трафиком стохастического характера (нечеткая барьерная синхронизация, детектирование момента завершения коллективного вычисления, задачи математической физики, итерационные матричные задачи). Для эффективного обмена сообщениями между ПЭ в МРР-системах необходима гибкая, высокопроизводительная КП, обеспечивающая поддержку реализации сложных задач программными средствами ПС. Многие задачи, решаемые МРР-системами, характеризуются высокоинтенсивным межпроцессорным трафиком и выдвигаюг весьма жесткие требования в плане увеличения пропускной способности КП. Обеспечить эти требования на программном уровне (например, путем оптимального размещения процессов и маршрутов их взаимодействия при компиляции приложений) не удается из-за сложных зависимостей между процессами и их стохастического характера. Поэтому требуется мощная аппаратная поддержка на уровне модулей КП. Ниже рассматривается лишь несколько из известных задач МРР-систем, которым свойственен интенсивный межпроцессорный трафик и необходима аппаратная поддержка со стороны КП. Одной из таких задач является задача обеспечения синхронизации процессов. При выполнении отдельной ветви вычислений необходим доступ к данным от других ПЭ системы, что накладывает отпечаток на время обработки ветви. На сегодняшний день для ПС наиболее характерен барьерный механизм синхронизации (ВБР-вычисления), который требует интенсивного межпроцессорного обмена. Схема взаимодействия процессов для В5Р-вычисления изображена на рис. Способность системы быстро обработать барьеры является основой для гарантированной эффективной работы приложения в целом. Рис. Время выполнения этапа синхронизации при BSP-вычислениях, так называемого супершага (superstep), определяется из нескольких составляющих: Superstep^Vj+ghj+L, (1. L - временной интервал между последовательными операциями синхронизации. Из формулы (1. КС. И чем больше интенсивность потоков, тем более критичным становится время передачи сообщений (которое неуклонно растет при малой пропускной способности КГ1). Они выбираются в зависимости от интенсивности межпроцессорных взаимодействий. Примеры схем синхронизации «Дерево» и «Бабочка» изображены на рис. Рис. Рис. В результате анализа данных схем можно сделать вывод о большой интенсивности потоков межпроцессорного взаимодействия. Для таких вычислений критичным становится время выполнения супершагов ВБР-вычислений, которое, в свою очередь, зависит от скорости обработки сообщений и скорости их передачи (коммутации) к другим ПЭ. Далее рассмотрим итерационные вычисления, которые интенсивно на сегодняшний день используются при решении реальных задач. Барьерная синхронизация весьма часто входит как часть в реальные задачи. К их числу относятся, например, итерационные матричные вычисления (итерации Якоби), задачи математической физики (распределение тепла в металлической пластине). А=(ау) - несингулярная пхп матрица (столбцы матрицы А линейно независимы), Ь - столбец свободных членов, х - вектор неизвестных. Для вычисления переменной х, используется следующее выражение: х1 = (1/ам)(Ьг(^,оХо+а1,|Х]+. ХМ+а1,н1Хн. Хп.