Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Багатопотокова обробка інформації. ОКР
Звичайно, перераховані вище підходи до підвищення продуктивності комп’ютерних систем, використовуючи паралельну обробку інформації, не виключають необхідність підвищення продуктивності однопроцесорних систем шляхом нарощування ресурсів процесора, наприклад, шляхом нарощування ємності кеш пам’яті та добавлення нових операційних пристроїв. Хоча зрозуміло, що це тягне за собою зростання кількості транзисторів та площі кристалу, ускладнення процесора, і відповідно, вартості. Іншим підходом є підвищення ефективності використання наявних ресурсів комп’ютерних систем з одним та декількома процесорами. Існує декілька дешевших, ніж масове розпаралелювання варіантів, які також дозволяють прискорити обчислення, а саме: Багатопроцесорність на одному кристалі (Chip Multiprocessing). Два процесорні ядра фізично розташовані на одному кристалі із використанням спільної або розподіленої кеш пам’яті. Природно, що розмір кристала отримують досить великим, що є причиною великої вартості цього кристала. В багатопроцесорній системі можуть функціонувати декілька таких кристалів. • Багатопотокова обробка з квантуванням часу (Time-Slice Multithreading). Процесор перемикають поміж програмними потоками через фіксовані проміжки часу. Накладні витрати часом виходять досить значними, особливо якщо який-небудь процес знаходиться в стані очікування • Багатопотокова обробка з перемиканням за подіями (Switch-on-Event Multithreading). Перемикання задач при наявності тривалих пауз, наприклад “невлучень” до кеш пам’яті, велике число яких притаманне серверним аплікаціям. Тут процес, що чекає на завантаження даних з порівняно повільної основної пам’яті до кеш пам’яті, пригальмовують, вивільняючи тим самим ресурси процесора на користь інших процесів. Проте багатопотокова обробка з перемиканням за подіями, як і багатопотокова обробка з квантуванням часу, не завжди дозволяє досягти оптимального використання ресурсів процесора, зокрема через помилки в передбаченні розгалужень, існуючі залежності поміж командами тощо • Одночасна багатопотокова обробка (Simultaneous Multithreading). Тут програмні потоки виконуються на одному процесорі “одночасно”, тобто без переключення між ними. Ресурси процесора розподіляються динамічно, за принципом “не використовуєш - віддай іншому”
Одночасна багатопотокова обробка покладена в основу технології гіперпотокової обробки (Hyper-Threading) фірми Intel, яку розглянемо детальніше Багатопотокові обчислення використовуються не лише в серверах, де багатопотоко- вість існує первинно, але і в робочих станціях і настільних персональних комп’ютерах. Потоки можуть відноситися як до однієї, так і до різних прикладних програм, але майже завжди активних потоків більше від одного (аби переконатися в цьому, достатньо у Windows 2000/ХР відчинити Task Manager та увімкнути відбиття ним числа виконуваних потоків). Разом з тим відомо, що стандартний процесор може одночасно опрацьовувати лише один з декількох існуючих потоків, тому і змушений постійно перемикатися поміж цими потоками Технологію гіперпотокової обробки реалізовано в процесорі Intel Xeon МР (Foster МР), на якому і відбувалося дослідження ефективності цієї технології. Процесор Xeon МР використовує притаманне Pentium 4 ядро Willamette, містить 256 КВ кеш пам’яті другого рівня L2, 512 КВ кеш пам’яті третього рівня L3, та підтримує функціонування в чотири- процесорних конфігураціях. Підтримка технології гіперпотокової обробки також присутня у процесорі для робочих станцій Intel Xeon (ядро Prestonia, 512 KB кеш пам’яті другого рівня L2), що поступив на ринок дещо раніше від процесора Xeon МР. Далі розглянемо можливості технології гіперпотокової обробки на прикладі саме процесора Intel Xeon. На рис. 12.5 а показано завантаженість процесорів комп’ютерної системи, яка складається з двох суперскалярних процесорів. Кожен процесор може виконувати по 3 команди в одному циклі. Незадіяні (позначено білим) прямокутники свідчать про неоптимальну утилізацію системних ресурсів В той же ж час технологія гіперпотокової обробки не лише дозволяє опрацьовувати паралельно декілька потоків, але і зменшує при цьому наявне число незадіяних виконавчих часових інтервалів. На рис. 12.5 b показано завантаженість процесорів комп’ютерної системи, яка також складається з двох фізичних процесорів, та в якій використовується технологія гіперпотокової обробки. Кожен з процесорів тут опрацьовує по два потоки інформації, що дозволило наблизити систему до пікової продуктивності.
Технологія гіперпотокової обробки ґрунтується на тому, що одночасно тільки частина ресурсів процесора використовується на опрацювання програмного коду. Не використовувані ресурси можна завантажити іншою роботою, наприклад, задіяти на паралельне виконання ще одного додатку (або іншого потоку з того ж додатку). Заради цього в одному фізичному процесорі Intel Xeon формують два логічні процесори (LP - Logical Processor), що поділяють поміж собою обчислювальні ресурси єдиного фізичного процесора. Операційна система та прикладна програма “відчувають” саме два логічні процесори та спроможні розподіляти роботу між ними так само, як і у випадку повноцінної двопроцесорної системи. Поділ ресурсів (зокрема, виконавчих вузлів) поміж двома потоками подано на рис. 12.5b. Потрібно відзначити, що технологією гіперпотокової обробки передбачено, аби при наявності лише одного активного потоку дозволити йому виконуватися з швидкодією, як і на звичайному процесорі, тобто щоб ефективність використання процесора не зменшувалася. Заради цього у процесорі передбачено два режими роботи: однозадачний (03) та багатозадачний (БЗ). У режимі 03 активним є лише один логічний процесор, який без обмежень користується наявними ресурсами. Інший логічний процесор призупинено командою HALT. Із появою другого програмного потоку логічний процесор, що не був задіяний, активується (за допомогою переривання поточного стану HALT). При цьому фізичний процесор перемикається до стану БЗ. Пригальмовування незадіяних логічних процесорів командою HALT покладено на операційну систему, яка, до речі, і відповідає за таке ж швидке виконання одного потоку, як і у випадку без використання технології Hyper-Threading. Для кожного з двох логічних процесорів зберігають так званий архітектурний стан (Architecture State), який складено із станів регістрів різного типу - загального призначення, керуючих, регістрів контролера переривань і службових (рис. 12.6). У кожного логічного процесора є свій контролер переривань і множина регістрів, для коректної роботи з якими введена таблиця альтернативних назв регістрів, яка відслідковує від повідність процесора.
Рис. 12.6. Традиційна двопроцесорна система (а) та альтернативна система з підтримкою технологіїгіперпотокової обробки (б) При паралельному опрацюванні двох потоків підтримується вміст двох лічильників команд. Переважна частка команд отримується з таблиці Trace Cache (ТС), де ці команди зберігають в декодованому (трансльованому до рівня мікрооперацій) виді. Доступ до ТС обидва активні логічні процесори отримують за чергою, через такт. У той же час, коли активним є лише один логічний процесор, він отримує монопольний доступ до ТС, без чергування за тактами. Так само відбувається і доступ до пам’яті команд, коли треба опрацювати складну команду, що не має динамічно компільованого варіанту для подання на безпосереднє виконання. Буфери перетворення з передісторією ITLB (Instruction Translation Look-aside Buffer), задіяні за умови відсутності необхідних команд у кеш пам’яті команд, дублюються і постачають команди за правилом “кожен для свого потоку”. Блок декодування команд є поділюваним і у випадку, коли потрібне декодування команд для обох потоків, обслуговує їх за чергою (знову-таки через такт). Блоки черги мікрооперацій та їх розміщення поділено навпіл, аби розподілити елементи для кожного логічного процесора. Блоки диспетчерів у кількості 5 штук опрацьовують черги декодованих команд, незважаючи на приналежність до LP0 або LP1, і спрямовують команди на виконання цільовим виконавчим блокам залежно від готовності до виконання операндів команд і наявності вільного стану цільових виконавчих блоків (динамічне виконання). Кеш пам’яті усіх рівнів (L1/L підвищення продуктивності однопроцесорних систем шляхом нарощування ресурсів процесора, наприклад, шляхом нарощування ємності кеш пам’яті та добавлення нових операційних пристроїв. Хоча зрозуміло, що це тягне за собою зростання кількості транзисторів та площі кристалу, ускладнення процесора, і відповідно, вартості.
Іншим підходом є підвищення ефективності використання наявних ресурсів комп’ютерних систем з одним та декількома процесорами. Існує декілька дешевших, ніж масове розпаралелювання варіантів, які також дозволяють прискорити обчислення, а саме: Багатопроцесорність на одному кристалі (Chip Multiprocessing). Два процесорні ядра фізично розташовані на одному кристалі із використанням спільної або розподіленої кеш пам’яті. Природно, що розмір кристала отримують досить великим, що є причиною великої вартості цього кристала. В багатопроцесорній системі можуть функціонувати декілька таких кристалів.для Хеоп, а також L3 для Xeon МР) є цілком поділюваними поміж двома логічними процесорами, проте для забезпечення когерентності (цілісності) даних записи до буферів перетворення з передісторією DTLB (Data Translation Look-aside Buffer) забезпечуються дескрипторами у вигляді ідентифікаторів логічних процесорів. Таким чином, команди обох логічних процесорів можна виконувати одночасно на ресурсах одного фізичного процесора, причому ці ресурси поділено на чотири наступні класи: дубльовані, цілком поділювані, із дескрипторами елементів, динамічно поділювані залежно від режиму роботи: однозадачний режим першого або другого логічного процесора чи багатозадачний режим.
Більшість прикладних програм, що отримують прискорення у багатопроцесорних системах, можуть також прискорюватися і на процесорі із увімкнутим режимом гіпер потокової обробки без будь-яких змін власних машинних кодів. Але існують і проблеми. Наприклад, якщо один процес знаходиться в стані очікування, то він спроможний захопити усі ресурси фізичного процесора, перешкоджаючи тим самим функціонуванню другого логічного процесора. Таким чином, продуктивність при використанні технології гіперпотокової обробки може іноді й знижуватися (до 20%). Ще однією метою реалізації технології гіперпотокової обробки було зведення до мінімуму зростання числа транзисторів, площі кристала та енергоспоживання при помітному зростанні продуктивності. І це завдання вдалося виконати. Додання до Хеоп/ Хеоп-МР підтримки технології гіперпотокової обробки збільшило площу кристала та енергоспоживання лише на 5%. Загалом ефективність багатопотокової технології підтверджується зростанням продуктивності. Наступним рисунком (рис. 12.7) подано порівняльну продуктивність, що забезпечує двопроцесорна система без використання багатопотокової технології та із використанням цієї технології
Бачимо зростання продуктивності (темний колір) при використанні другого процесора в порівнянні із базовим її рівнем для одного задіяного процесора, та додатковий приріст продуктивності за рахунок увімкнення багатопотокової обробки (світлий колір).
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-01; просмотров: 194; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.119.172.146 (0.015 с.) |