Проблемы повышения производительности.

 

Недостаточная производительность вычислительных систем (ВС) является сдерживающим фактором широкого применения ВТ во многих областях вычислительной деятельности. Несмотря на то, что созданы массовые ЭВМ с быстродействием в десятки миллионов оп/сек, ряд задач не может быть решён ВС с такой производительностью (проектирование АЭС, задачи из области управления ЭС, проектирование самолётов, автомобилей).

Выделяются 3 основных фактора, определяющих производительность машин:

1. ЭБ.

2. Параллельное выполнение операций на микро- и макроуровнях.

3. Специализация процессоров.

До конца 60-х годов ХХ-го века повышение быстродействия ЭВМ происходило за счёт модернизации ЭБ. Кроме того, уже в то время реализованы схемотехнические решения, обеспечивающие внутренний параллелизм, невидимый пользователю. Такие технические решения – расслоение памяти, конвейерное выполнение микроопераций, упреждающий просмотр команд. В то же время выяснилось, что без новых принципов организации работы ВТ получить необходимый скачок в развитии ВТ невозможно. Теоретически рост производительности, обеспечивается принципом распараллеливания вычислений. Но этот принцип порождает ряд проблем:

1. Создание новых нетрадиционных способов организации и взаимодействия компонентов системы.

2. Пути разработки всех уровней ПО.

3. Пересмотр алгоритмических средств с целью создания математического обеспечения, адекватного концепции параллельной обработки.

Параллелизм на макроуровне требует новых подходов к созданию алгоритмов решения задач и языковых средств для описания этих алгоритмов. Параллельные алгоритмы должны соответствовать структурным возможностям ВС, при этом необходимо:

1. Решать вопросы отображения данной задачи на архитектуру системы.

2. Количественно оценивать принимаемые решения.

3. Сравнивать полученные результаты с другими возможными решениями.

Эти задачи должны поддерживаться технологией программирования для систем с параллельными принципами обработки информации. Коллективу программистов приходится иметь дело с более сложными и трудоёмкими задачами. Высокое быстродействие достигается за счёт одновременного выполнения операций над многими данными. Реализация этого принципа достигается системами с различной архитектурой. Эти архитектуры представлены различными моделями вычислений (потоковыми, асинхронными, векторными, матричными, конвейерными). Ведущую роль при реализации параллелизации вычислений играют языковые средства, ориентированные на те или иные модели вычислений. Это могут быть следующие языковые средства:

1. Традиционные языки программирования, снабжённые соответствующими средствами для организации параллельных взаимодействующих процессов.

2. Новые языки, ориентированные на достижение максимальной параллелизации в описании алгоритмов.

3. Языки программирования высокого уровня (ЯВУ) со встроенными на уровне интерпретации средствами организации параллельных вычислений.

4. Пакеты прикладных программ, где параллелизм скрыт от пользователя.

 

 

Архитектура высокопроизводительных ВС.

 

 

В качестве основных признаков классификации ВС принимают:

1. Тип потока команд.

2. Тип потока данных.

3. Способ обработки.

4. Степень связанности компонентов ВС и тип связи.

5. Степень однородности основных компонентов ВС.

6. Под потоком команд принимается ряд команд, которые выполняются системой. Под потоком данных – совокупность данных, вызываемых потоком команд, включая промежуточный результат. Потоки определяют возможное число команд/данных, одновременно находящихся в одинаковой стадии обработки.