Оценка производительности структур ЭВМ, управляемых потоком данных, статической архитектуры

• Автор: Морару, Виктор Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1991
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с.

ВВЕДЕНИЕ .

ГЛАВА 1. АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ПОТОКОВЫХ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР.

1.1 Место потоковых ЭВМ среди параллельных вычислительных машин.

1.2 Программирование ЭВМ управляемых потоком данных ,.

1.2.1. Потоковые программы.

1.2.2 Языки программирования ЭВМ УПД .

1.3 Архитектура ЭВМ УПД .

1.3.1 Процессорньй элемент.

1.3.2 Коммуникация.

1.4 Обзор существующих ЭВМ УПД

1.4.1 Машины с непосредственной коммуникацией .
1.4.2 Потоковые машины статической архитектуры
с пакетной передачей
1.4.3 Машины с копированием кодов .
1.4.4 Машины с тегированием токенов
1.4.5 Машины с одновременным использованием тегирования токенов и копирования кодов .
1.5 Постановка задачи исследования производительности
ЭВМ УПД статической архитектуры.
1.5.1 Основные параметры задач, решаемых
на ЭВМ УПД.
1.5.2 Структуры потоковых ЭВМ статической архитектуры
1.5.3 Постановка задачи .
1.6 Выводы
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОТОКОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР ПРИ ПРЕДЕЛЬНОЙ ЗАГРУЗКЕ ПРОЦЕССОРОВ.
2.1 Исследование производительности потоковых машин
при слабой загрузке процессоров .
2.2 Исследование производительности потоковых машин
при сильной загрузке процессоров
2.2.1 ЭВМ УПД с общим ресурсом СОР.
2.2.2 ЭВМ УПД с частично доступным ресурсом СЧДР
2.2.3 ЭВМ УПД с локально доступным ресурсом СЛДР
2.3 Выводы
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОТОКОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР ПРИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ЗАГРУЗКЕ ПРОЦЕССОРОВ
3.1 Вероятностная модель ЭВМ УПД с общим ресурсом при произвольной загрузке процессоров
3.1.1 Методика определения стационарных вероятностей в модели потоковой ЭВМс ОР
3.2 Анализ производительности ЭВМ УПД с ЧДР при произвольной загрузке процессоров .
3.3 Анализ производительности ЭВМ УПД с ЛДР при произвольной загрузке процессоров .
3.4 Влияние пропускной способности сети на производительность потоковых структур
3.5 Сравнительный анализ производительности потоковых структур и ЭВМ традиционной архитектуры
3.6 Выводы.
ГЛАВА 4. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПОТОКОВЫХ ВЫЧИСЛЖЕЛЬНЫХ СТРУКТУР.
4.1 Методика определения параметров распараллеливания
I
решаемой задачи .
4.2 Программы аналитического и численного моделирования потоковых структур
4.3 Имитационное моделирование потоковых вычислительных структур
4.4 Методика оценки производительности структур управляемых потоком данных
4.5 Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Достижение удовлетворительной эффективности проблематично для процессорных массивов, таких как ILLIAC IV, DAP, РЕРЕ, коммутационных процессорных полей [1. Наиболее распространенными на сегодняшний день суперкомпьютерами данного класса являются конвейерные векторные процессоры, такие как CRAY-1S, CRAY Х-МР, CDC 5. Вычислительная мощность этих машин достигается за счет комбинации передовой технологии и высокопроизводительного конвейерного механизма арифметики с плавающей запятой. Необходимо отметить, что эффективность применения векторных процессоров сильно зависит от используемого алгоритма и от сети доступа к структурам данных. Во многих областях науки и техники необходимы ВС с большой вычислительной мощностью, а алгоритм обрабатываемой задачи является нерегулярным и сильно зависящим от входных данных, что приводит к изменению планирования во время вычислений. Для решения таких задач используют асинхронные машины, в которых вьшсления независимы от следования потока команд, а результаты имеют низкий уровень перекрещивания. MIMD-компьютеры являются асинхронными на уровне машинного языка: времена вычисления независимых операций также являются независимыми. Возникающие накладные расходы - цена за эффективное использование оборудования в асинхронном режиме. Существуют различные стратегии поддерживать эти расходы на низком уровне. Одна из них - минимизировать взаимодействие между вычислительны®! Хотя для этих целей разработан ряд компиляторов, трудоемкость этой задачи весьма высока и сильно зависит от регулярности алгоритма []. Другая возникшая проблема - возможность блокировки вычислительного процесса при обмене данным. Примерами таких крупномодульных Споскольку распараллеливание производится на уровне подпрограмм или даже программ) параллельных ЭВМ являются НЕР [] и СМ* []. Другой стратегией минимизации накладных расходов является применение быстрых и простых средств доступа при использовании специального программного обеспечения и программ специального формата. Потоковые машины - пример мелкомодульных (распараллеливание на уровне операций) параллельных компьютеров. Поскольку время доступа относительно мало, можно разделить вычислительна процесс на мелкие процессы, практически до уровня одной команды. Это упрощает механизм распараллеливания, делает возможны* применение таких ВС для обработки задач с нерегулярным алгоритмом. Так, Денис [3 достиг высокой эффективности потоковой ЭВМ Сболее %) для нерегулярной задачи, при обработке которой были заняты всего У процессоров в векторной ЭВМ. В потоковых ЭВМ планирование основывается на готовности данных - это управление от потока данных. В редукционных машинах управление основывается на необходимости в данных - управление запросами. ЭВМ управляемые запросами (иначе называемые редукционными машинами) сейчас широко изучаются. Это проводит определенные параллели между потоковыми ЭВМ и мелкомодульными редукционными машинами, поскольку достижения каждого из этих типов ЭВМ пока остаются неясными. На рис. ЭВМ в зависимости от применяемого в них способа управления. Хотя ЭВМ УПД имеют разные машинные языки, они основываются на одних и тех же принципах. В этом разделе рассматриваются эти совместно используемые принципы, а также даны некоторые обобщения по далее используемой терминологии. В принципе можно рассматривать потоковые структуры как с крупномодульным распараллеливанием (практически до уровня программ, задач), так и с мелкомодульным распараллеливанием (на уровне команд). Далее в работе рассматривается распараллеливание на уровне команд, но все это верно и для потоковых ЭВМ с крупномодульньм распараллеливанием. В большинстве потоковых машин программы хранятся в произвольной форме и называются потоковыми программами. Хотя потоковые программы ненамного отличаются от программ для ЭВМ с традиционной архитектурой, они предназначены для совершенно другой организации машины. На рис. Обычная программа содержит два типа ссылок: относящиеся к командам и относящиеся к данным. Первый тип ссылок описывает поток управления, а второй тип организует поток данных.