* BÀI BÁO CÁO KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG 18 KIẾN TRÚC SONG SONG Giảng viên hướng dẫn:ts Trần Hùng Bộ mơn Khoa học máy tính * Nội dung chương 18 18.1 Phân loại kiến trúc máy tính 18.2 Một số kiến trúc song song thông dụng 18.4 Cụm 18.5 Bộ nhớ khơng đồng dạng * 18.1 Phân loại kiến trúc máy tính  Phân loại Michael Flynn (1966) • • • • SISD – Single Instruction Stream, Single Data Stream (Cấu trúc đơn, dòng lưu chuyển liệu đơn) SIMD - Single Instruction Stream, Multiple Data Stream (Cấu trúc đơn, nhiều dòng lưu chuyển liệu) MISD – Multiple Instruction Stream, Single Data Stream (Cấu trúc đa lệnh, dòng lưu chuyển liệu đơn) MIMD - Multiple Instruction, Multiple Data Stream (Cấu trúc đa lệnh, nhiều dòng lưu chuyển liệu) * Sơ đồ tổ chức Processor Organization SISD SIMD MISD MIMD Uniprocessor Vector Processor Array Shared Memory (tighly couple) Distributed Memory (losesly coupled) Processor Symmetric Multiprocessor (SMP) Clusters Nonumiforn Memory Access (NUMA) * SISD CU IS PU DS • CU: Control Unit • PU: Processing Unit • MU: Memory Unit  Một xử lý  Đơn dòng lệnh  Dữ liệu lưu trữ nhớ  Bộ xử lý Uni MU * SIMD CU IS PE1 DS LM1 PE2 DS LM2 DS LMn PEn PE (processing elements) LM (local memory) * SIMD (tiếp)     • • Đơn dòng lệnh điều khiển đồng thời phần tử xử lý PE (processing elements) Mỗi phần tử xử lý có liệu riêng LM (local memory) Mỗi lệnh thực tập lệnh khác Các mô hình SIMD Vector Computer Array processor * MISD     Một tập liệu truyền đến tập xử lý Mỗi xử lý thực dãy lệnh khác Không tồn máy tính thực tế Có thể có tương lai * Tightly coupled – SMP - NUMA SMP- Symmertric multiprocessor (đa đối xứng) • • • - Xử lý chia sẻ nhớ Chia sẻ nhớ xử lý Đa xử lý đối xứng Chia sẻ nhớ đơn giản hay vùng nhớ Chia sẻ bus để truy cập nhớ Tập trung nhớ để khu vực định nhớ khoảng lành mạnh cho vi xử lý NUMA- Nonuniform memory access(Truy cập nhớ khơng đồng dạng) • Thời gian truy cập đến vùng khác nhớ khác * Tổng quan MIMD • • • Xử lý mục đích chung Mỗi người xử lý tất hướng dẫn cần thiết Tiếp tục phân loại theo phương pháp truyền thơng xử lý * • • • • 18.4 Cụm (Cluter) Thay cho SMP Hiệu suất cao Tính sẵn sàng cao Ứng dụng máy chủ Thế cụm? • nhóm tồn máy tính kết nói với • Làm việc nguồn tài ngun thống • Tưởng tượng tồn máy • Mỗi máy gọi nút * Lợi ích cụm • • • • Khả mở rộng tuyệt đối Khả mở rộng gia tăng Tính sẵn sàng cao Giá superior/ hiệu suất * • Các vấn đề thiết kế hệ điều hành Quản lý thất bại - tính sẵn sàng cao - Nếu tai nạn máy chủ chính, tính sẵn sàng cao, hệ điều hành chạy phần mềm chuyển đổi dự phịng xếp lại nhiệm vụ cho máy chủ dự phòng +chuyển đổi ứng dụng liệu từ hệ thống thay cụm + Khôi phục lại ứng dụng liệu hệ thống ban đầu + Sau vấn đề cố định * Các vấn đề thiết kế hệ điều hành (ti ế p) • Cân tải - Khả mở rộng hệ thống ban đầu gia tăng - Tự động kết nối máy tính lịch - Có thể chuyển đổi máy * •   - Parallelizing Ứng dụng đơn thi hành song song bên số máy cụm Dịch: Xác định thời gian biên dịch phần thực song song Tách cho máy khác Ứng dụng Ứng dụng viết từ đầu song song Truyền thông điệp để di chuyển liệu nút Khó khăn chương trình Kết cuối tốt *  - Parallelizing (tiếp) Tính tốn tham số Nếu vấn đề thực lặp lặp lại thuật toán nhớ khavs liệu Xây dựng mô sử dụng khác Cần công cụ hiệu để tổ chức chạy * • • • • • • • • • • • • Phần mềm cụm trung gian Ảnh thống cho người sử dụng Hệ thống hình ảnh Điểm mục Hệ thống phân cấp tập tin đơn Điểm kiểm sốt đơn Nối mạng ảo Một khơng gian nhớ Một hệ thống quản lý việc Giao diện người dùng Một không gian I/O Không gian quy trình Dịch chuyển quy trình * • • • • - Cluster & SMP Cả hai cung cấp hỗ trợ đa xử lý cho ứng dụng yêu cầu cao Cả hai sẵn có mặt thương mại SMP lâu SMP Dễ dàng quản lý điều khiển Gần gũi với hệ thống xử lý đơn Lập kế hoạch khác Không gian vật lý Tiêu thụ điện thấp Cluster: Khả nâng cấp tuyệt đối gia tăng nhanh Khởi động nhanh 18.5 Bộ nhớ khơng đồng dạng (NUMA) • • • - Thay cho SMP phân nhóm Truy cập tất nhớ Tất xử lý truy cập tất phần xử lý Sử dụng để tải lưu trữ Cùng thời gian truy cập đến tất vùng nhớ để xử lý khác Sử dụng SMP Truy cập nhớ khơng đồng dạng Tất xử lý truy cập tất phần tử nhớ Sử dụng tải lưu trữ Thời gian truy cập nhớ khác tùy theo khu vực nhớ Xử lý khác truy cập vào khu vực khác nhớ với tốc độ khác 18.5 Bộ nhớ khơng đồng dạng (NUMA) • - Bộ nhớ cache Bộ nhớ cache trì gắn kết cache vi xử lý khác Đáng ý cache khác với SMP, cụm * Động lực (Motivation) • • • SMP có giới hạn thự tế có số xử lý Lưu lượng bus giới hạn cho xử lý từ 16 đến 64 Trong cụm bus có nhớ riêng Các ứng dụng khơng thấy nhớ toàn cầu lớn Gắn hết nất phần mền không cần phần cứng NUMA giữ đặc tính SMP đưa quy mơ lớn VD: Sillic đồ họa nguồn gốc NUMA 1024 MIPS R1000 xử lý • Mục tiêu để trì nhớ ,mở rộng hệ thống cho phép nút đọc xử lý với bus riêng hay hệ thống liên kết bên * Memory Access Sequence(trình tự truy cập nhớ) • • - Mỗi nút trì vị trí phần nhớ thư mục trình trạng nhớ cache VD: Nút xử lý (P2-3) yêu cầu vị trí 789 nhớ nút Nút xử lý (P2-3) viết bus nút Thư mục nút nhận vị trí nút Nút thư mục yêu cầu thư mục nút Nút thư mục yêu cầu nội dung 789 Nút nhớ đặt liệu bus (nút địa phương) Nút thư mục lấy liệu bus Dữ liệu chuyển vào thư mục nút Nút thư mục đặt kiệu bus Dữ liệu chọn đặt P2 nhớ cache chuyển đến xử lý * Cache Cohrence (gắn kết nhớ cache) • • • • Nút đặt thư mục, nút có liệu Nếu liệu sửa đổi nhớ cache điều ảnh hưởng đến nút khác Thư mục cục giám sát thay đổi liệu lưu trữ từ xa đánh dấu nhớ không hợp lệ thoát Số thư mục cục hết vị trí hớ theo yêu cầu xử lý * • • • NUMAPROS CONS (Giám sát…) Hoạt động hiệu mức cao song song với SMP Khơng có thay đổi phần mềm lớn Hiệu phân tách nhiều truy cập vào bbọ nhớ từ xa - Có thể tách do: + Thiết kế nhớ đệm L2 & L1 giảm tất truy cập nhớ + Cần làm tốt vùng tạm thời phần mềm vùng không gian phần mềm + Quản lý nhớ, trang ảo với nút sử dụng chúng hầu hết di chuyển • Khơng minh bạch: - Phân trang, trình phân bố cân tải thay đổi cần thiết • Sẵn có The end… Thank you for watching…