Luận văn: Nghiên cứu tính toán lưới và thử nghiệm một số thuật toán lý thuyết đồ thị pdf

TRNG I HC KHOA HC T NHIÊN
KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN
B MÔN CÔNG NGH PHN MM


HUNH BÁ THANH TÙNG - 0112079
TRN VIT CNG - 0112339


NGHIÊN CU TÍNH TOÁN LI VÀ
TH NGHIM MT S THUT TOÁN
LÝ THUYT  TH



KHÓA LUN C NHÂN TIN HC



GIÁO VIÊN HNG DN
TS. TRN AN TH
Th.S NGUYN THANH SN

NI ÊN KHÓA 2001-2005








NHN XÉT CA GIÁO VIÊN HNG DN

NHN XÉT CA GIÁO VIÊN PHN BIN

LI CM N

Chúng em xin bày t lòng bit n chân thành nht đn thy Trn an
Th và thy Nguyn Thanh Sn, hai thy đã tn tâm hng dn, giúp đ chúng
em trong sut thi gian thc hin lun vn này.
Chúng con xin gi tt c lòng bit n sâu sc và s kính trng đn ông
bà, cha m, cùng toàn th gia đình, nhng ngi đã nuôi dy chúng con trng
thành đn ngày hôm nay.
Chúng em cng xin chân thành cám n quý Thy cô trong Khoa Công
ngh thông tin, trng i hc Khoa hc T nhiên Tp.H Chí Minh đã tn tình
ging dy, hng dn, giúp đ và to điu kin cho chúng em thc hin tt
lun vn này.
Xin chân thành cám n s giúp đ, đng viên và ch bo rt nhit tình
ca các anh ch và tt c các bn, nhng ngi đã giúp chúng tôi có đ ngh lc
và ý chí đ hoàn thành lun vn này.
Mc dù đã c gng ht sc, song chc chn lun vn không khi nhng
thiu sót. Chúng em rt mong nhn đc s thông cm và ch bo tn tình ca
quý Thy Cô và các bn.

TP.HCM, 7/2005
Nhóm sinh viên thc hin
Hunh Bá Thanh Tùng - Trn Vit Cng

LI NÓI U
Nhân lai ngày nay đang chng kin s phát trin mnh m ca ngành
Công ngh Thông tin, mt trong nhng ngành mi nhn ca nhiu quc gia
trên th gii. S phát trin vt bc ca nó là kt qu tt yu ca s phát trin
kèm theo các thit b phn cng cng nh phn mm tin ích.
S phát trin đó đã kéo theo rt nhiu các ngành khác phát trin theo,
trong đó có lnh vc nghiên cu khoa hc. Tuy công ngh ngày càng phát trin,
tc đ x lý ca các thit b cng không ngng tng cao, nhng nhu cu tính
toán ca con ngi vn còn rt ln. Cho đn hin nay vn còn rt nhiu vn đ
mà các nhà khoa hc cùng vi kh nng tính toán ca các máy tính hin nay
vn cha gii quyt đc hay gii quyt đc nhng vi thi gian rt ln.
Các vn đ đó có th là :
• Mô hình hóa và gi lp
• X lý thao tác trên các d liu rt ln
• Các vn đ “grand challenge” (là các vn đ không th gii quyt
trong thi gian hp lý)
Li gii cho nhng vn đ này đã dn đn s ra đi ca các th h siêu
máy tính. Tuy nhiên vic đu t phát trin cho các thit b này gn nh là điu
quá khó kh
n đi vi nhiu ngi, t chc, trng hc…. Chính vì l đó mà
ngày nay ngi ta đang tp trung nghiên cu cách cách s dng các tài nguyên
phân b mt cách hp lý đ tn dng đc kh nng tính toán ca các máy tính
đn. Nhng gii pháp này đc bit đn vi nhiu tên gi khác nhau nh meta-
computing, salable-computing, global- computing, internet computing và gn
nht hin nay là peer to peer computing hay Grid computing.
ây là phng pháp nhm tn dng kh nng ca các máy tính trên toàn
mng thành mt máy tính “o” duy nht, nhm hp nht tài nguyên tính toán 
nhiu ni trên th gii đ to ra mt kh nng tính toán khng l, góp phn gii

quyt các vn đ khó khn trong khoa hc và công ngh. Ngày nay nó đang
càng đc s h tr mnh hn ca các thit b phn cng, bng thông…
Grid Computing có kh nng chia s, chn la, và thu gom mt s lng
ln nhng tài nguyên khác nhau bao gm nhng siêu máy tính, các h thng
lu tr, cùng vi nhng ngun d liu, các thit b đt bit… Nhng tài nguyên
này đc phân b  các vùng đa lý khác nhau và thuc v các t chc khác
nhau.

Nhn thy đc nhu cu phát trin y, nhóm chúng em đã quyt đnh
chn thc hin đ tài “Nghiên cu tính toán li và thc nghim trên mt
s thut toán lý thuyt đ th”
Mc tiêu ca đ tài đ ra là tìm hiu v tính toán li, và qua đó tn
dng các kin thc có đc đ có th cài đt mt s thut toán lý thuyt đ th,
nhm có th gii quyt các vn đ tìm đng đi khi s đnh tng đi ln…
Các ni dung chính:
• Nghiên cu tính toán li

• Tìm hiu các môi trng h tr
• Tìm hiu lp trinh song song và phân tán
• Cài đt mt s thut toán vi kin thc có đc
Ni dung ca lun vn đc chia làm 6 chng :
Chng 1. Gii thiu : Gii thiu tng quan v tính toán li, khái
nim lch s phát trin.
Chng 2. Tính toán song song và phân b : Trình bày v các kin
trúc, mô hình x lý song song và phân b, cách thc xây dng chng trình,
thit k thut toán…
Chng 3. Các môi trng h tr tính toán li : Tìm hiu v các
môi trng đang đc s dng và nghiên cu hin nay trên th gii.
Chng 4. Mô hình lp trình truyn thông đip - MPI : Mô hình c
th đc dùng đ phát trin ng dng MPI.
Chng 5. Th nghim các thut toán lý thuyt đ th : Cách thc
xây dng chng trình , các khái nim lý thuyt, thc nghim thc t …
Chng 6. Tng kt : Nêu các kt qu đã đt đc, mt s vn đ còn
tn ti, đnh hng mc tiêu m rng phát trin đ tài trong tng lai.









Mc lc
Danh sách hình 11

Chng 1. Gii thiu 13
1.1. Các khái nim 13
1.2. Nhng thách thc đi vi tính toán li 16
Chng 2. Tính toán song song và phân b 17
2.1. Khái nim 17
2.2. Nn tng tính toán song song và phân b 18
2.2.1. Kin trúc x lý song song và phân b 18
2.2.2. T chc vt lý ca các nn tng song song và phân b 25
2.3. Mt s mô hình lp trình song song thông dng 26
2.3.1. Mô hình chia s không gian b nh 26
2.3.2. Mô hình truyn thông đip 27
2.4. Cách thc xây dng mt chng trình song song và phân b 29
2.4.1. Các thut ng cn bn 29
2.4.2. Thit k thut toán song song 31
2.4.3. Mt s phng pháp ti u 43
2.4.4. Các mô hình thut toán song song 48
Chng 3. Các môi trng h tr tính toán li 52
3.1. Gii thiu 52
3.2. Các vn đ khi lp trình lui 53
3.2.1. Tính mang chuyn, tính kh thi và kh nng thích ng 53
3.2.2. Kh nng phát hin tài nguyên 54
3.2.3. Hiu nng 54
3.2.4. Dung li 55
3.2.5. Bo mt 55
3.2.6. Các siêu mô hình 55
3.3. Tng quát v các môi trng h tr 56
3.3.1. Mt s môi trng Grid 56
3.3.2. Nhng mô hình lp trình và công c h tr 59
3.3.3. Môi trng cài đt 64

3.4. Nhng k thut nâng cao h tr lp trình 75
3.4.1. Các k thut truyn thng 76
3.4.2. Các k thut hng d liu 76
3.4.3. Các k thut suy đoán và ti u 77
3.4.4. Các k thut phân tán 77
3.4.5. Nhp xut hng Grid 78
3.4.6. Các dch v giao tip cp cao 78
3.4.7. Bo mt 80
3.4.8. Dung li 80
3.4.9. Các siêu mô hình và h thng thi gian thc hng Grid 82
3.5. Tóm tt 83
Chng 4. Mô hình lp trình truyn thông đip - MPI 85

4.1. Các khái nim c bn 86
4.2. Cu trúc chng trình MPI 89
4.3. Trao đi thông tin đim-đim 90
4.3.1. Các thông tin ca thông đip 90
4.3.2. Các hình thc truyn thông 91
4.3.3. Giao tip blocking 92
4.3.4. Giao tip non-blocking 96
4.4. Trao đi thông tin tp hp 101
4.4.1. ng b hóa 101

4.4.2. Di di d liu trong nhóm 101
4.4.3. Tính toán gp 105
4.5. Các kiu d liu 109
4.5.1. Nhng kiu d liu đã đc đnh ngha 109
4.5.2. Các kiu d liu b sung 110
4.5.3. Pack và UnPack 113
Chng 5. Th nghim các thut toán lý thuyt đ th 114
5.1. Các khái nim c bn 114
5.2. Dijkstra 115
5.2.1. Tun t 115









5.2.2. Song song 119
5.2.3. Thc nghim chng trình 120
5.3. Prim 122
5.3.1. Tun t 122
5.3.2. Song song 124
5.3.3. Thc nghim chng trình 126
5.4. Bellman – Ford 128
5.4.1. Tun t 128
5.4.2. Song song 130
5.4.3. Thc nghim chng trình 132
5.5. ánh giá chung 134

Chng 6. Tng kt 136
6.1. Kt lun 136
6.2. Hng phát trin 136
Tài liu tham kho 138









Danh sách hình
Hình 1-1 : 3 tng ca Grid 15
Hình 2-1 : Phân lai h thng máy tính theo Flynn-Johnson 19
Hình 2-2 : Kin trúc SISD 19
Hình 2-3 : Kin trúc SIMD 20
Hình 2-4 : Kin trúc MISD 22
Hình 2-5 : Kin trúc MIMD 23
Hình 2-6 : Mô hình chía s không gian b nh 27
Hình 2-7 : Mô hình truyn thông đip 28
Hình 3-1 : Mô hình NetSolve 56
Hình 3-2 : Các thành phn ca Globus 59
Hình 4-1 : Các tin trình to lp trên mô hình lp trình MPI 86
Hình 4-2 : Cách thc truyn thông ca các process 87
Hình 4-3 : Blocking và non-blocking 88
Hình 4-4 : Group, communicator và rank 88
Hình 4-5 : Cu trúc ca chng trình MPI 89
Hình 4-6 : Giao tip blocking 92

Hình 4-7 : Th t các x lý 95
Hình 4-8 : Cách thc x lý tin trình 95
Hình 4-9 : Giao tip non-blocking 96
Hình 4-10 : Broadcast d liu 102
Hình 4-11 : Ví d hàm Scatter 103
Hình 4-12 : Hàm MPI_Gather 103
Hình 4-13 : Hàm MPI_Allgather 104
Hình 4-14 : Hàm MPI_Alltoall 104
Hình 4-15 : Hàm MPI_Reduce 105
Hình 4-16 : S dng 8 x lý đ tính giá tr tuyt đi 107
Hình 4-17 Hàm Mpi-Allreduce 108
Hình 4-18 : Hàm MPI_Reduce_scatter 108
Hình 4-19 : Hàm MPI_Scan 109
Hình 4-20 : MPI_Type_contiguous 110









Trang 12
Hình 4-21 : MPI_Type_vetor 111
Hình 4-22 : MPI_Type_indexed 112

Hình 4-23 : MPI_Type_struct 112
Hình 5-1. Thut toán Dijkstra tun t 118
Hình 5-2 : Thut toán Dijkstra song song 119

Hình 5-3. Thut toán Prim tun t 124
Hình 5-3 : Thut toán Prim song song 125
Hình 5-4: Thut toán Bellman-Ford tun t 130
Hình 5-5 : Thut toán Bellman-Ford song song 132









Trang 13
Chng 1. Gii thiu
1.1. Các khái nim

Trong nhng nm đu thp niên 90, nhiu nhóm nghiên cu đã bt đu
khai thác các ngun tài nguyên tính toán phân tán trên Internet. Các nhà khoa
hc đã tp trung và s dng hàng trm các máy trm đ thc hin các chng
trình song song nh thit k phân t và hin th đ ha máy tính. Trong khi đó
các nhóm nghiên cu khác đã kt hp các siêu máy tính ln li vi nhau thành
mt siêu máy tính o duy nht, ri phân phi các phn ca mt ng dng rt
ln cho các máy tính trên mt mng din rng, ví d nh máy tính gi lp các
ng dng tng tác gia cht lng và cánh qut ca chân vt tàu…Thêm vào đó
phm vi ca các d án nghiên cu này đã nêu ra tim nng thc s ca mng
máy tính, cùng vi c s phn mm và tin hc đ phát trin nó xa hn.
H thng đa b x lý (Multiprocessor Systems - MPs), Cluster, Grids là
các ví d ca kin trúc tính toán phân tán. Trong MPs, các b x lý đc kt
hp cht ch vi nhau, thông qua b nh chia s chung và đng truyn kt ni

rt cao. Ví d nh là PVPs (Parallel Vector Processors), chúng hu nh rt
thích hp cho tính toán hiu nng cao, nh là các ng dng song song da vào
trao đi thông đip tc đ cao gia các tin trình song song.









Trang 14
Trong khi đó Cluster li là các máy tính đn hay đa b x lý đc kt
hp tng đi vi nhau thông qua đng mng, vì th nó chm hn t 1 đn 2
ln so vi kt ni MP. Ví d nh cluster Beowulf chy Linux, hay TCF
(Technical Compute Farm) ca Sun chy h điu hành Solaris/TM, chúng đc
s dng cho các tính toán s lng ln, phân phi các tác v tính toán (thng
là không song song) cho các b x lý, ri thu thp li các kt qu tính toán vào
kt qu toàn cc. Các tính toán này có th là vic hin th hàng ngàn khung
hình đ làm phim hay là gi lp vic kim tra và thit k đ xây dng th h
tip theo ca chip VLSI, hay nh trong công ngh sinh hc, đó là vic ct lp
hàng trm ngàn chui gen.
Trong khi MPs và Cluster ch là các h thng đn, thng là trong mt
domain đn. Grid đin toán bao gm các cluster ca mng các MPs hay/và
cluster, nm trên nhiu domain khác nhau, phân b  nhiu phòng ban, xí
nghip hay thm chí là trên mng Internet. V bn cht, nhng grid có mt đ
phc tp cao hn, đc bit là  tng trung gian, trong vic thc thi, qun lý, và
s dng các tài nguyên tính toán phân tán, và  tng ng dng là vic thit k,
phát trin, chy các phn mm đ trin khai grid mt cách hiu qu.

Tóm li Grid là mt kin trúc tính toán phân tán cho phép chuyn giao
các tài nguyên lu tr và tính toán nh th là mt dch v trên Internet. ây là
bc phát trin tip theo v c s h tng k thut, cho phép kt ni các máy
tính phân tán, các thit b lu tr, các thit b di đng, các công c, c s d
liu, và các ng dng phn mm, và cung cp cách thc truy cp duy nht đn
cng đng ngi dùng đ cho phép tính toán, trao đi thông tin và cng tác.
Mt s h thng grid hin ti nh là NASA Information Power Grid (IPG);
DoD Distance Computing và NetSolve cho chia s và khai thác phn mm toán
hc; Nimrod cho chia s tài nguyên trên phm vi trng hc; SETI@Home cho
tìm kim trí thông minh ngòai trái đt; hay là APGrid đ kt ni các trung tâm
máy tính  vành đai Châu Á Thái Bình Dng trong tng lai gn.









Trang 15

Hình 1-1 : 3 tng ca Grid
Grid là mt c s h tng v phn cng ln phn mm cung cp truy cp
ph thuc, thích hp, rng khp và chi phí thp vào các kh nng tính toán.
Trong mt tng lai không xa, nhng grid này s đc các k s, nhà khoa
hc, khoa hc thc nghim, công ty, t chc, môi trng, giáo dc và đào to,
khách hàng, … s dng rng rãi. Chúng s đc dành riêng cho tính toán theo
yêu cu, tính toán trên thông tin nhy cm, tính toán cng tác, và siêu tính toán,
da trên c s ca khách hàng/nhà cung cp.

Ngày nay chúng ta đang thy nhng n lc đu tiên nhm khai thác mt
cách có h thng các ngun tài nguyên tính toán li trên mng Internet.
Nhng d án này đc gi là peer-to-peer computing, nh SETI@home,
Distributed.Net và Folderol, cho phép ngi dùng Internet ti v các d liu
khoa hc, chy trên các máy cá nhân theo chu trình x lý chia s, và gi li kt
qu cho c s d liu trung tâm. Gn đây có mt d án  mt trng đi hc,
đc gi là Compute Power Market, đc xây dng nên nhm phát trin các k
thut phn mm cho phép to lp nhng Grid, mà  đó bt c ai cng có th
mua hay bán kh nng kh nng tính toán ging nh cách mà ngi ta s dng
đin hin nay.









Trang 16
1.2. Nhng thách thc đi vi tính toán li
Hu ht các k thut phc tp bên di dành cho Grid hin nay đang
đc tip tc phát trin. Các môi trng Grid mu tn ti ging nh các d án
Globus và Legion.  án EcoGrid thì đang nghiên cu cách thc qun lý tài
nguyên, và các khi xây dng nh vy đang tn ti trong trình qun lý tài
nguyên mang tính thng mi ca phn mm Sun Grid Engine.
Din đàn Grid (GGF – Global Grid Forum), đc thành lp vào nm
1998, đã tp hp đc hàng trm các nhà khoa hc đ cùng nhau nghiên cu và
tho lun v mt kin trúc Grid chung. Trong đó vn còn tn ti mt s thách
thc sau:

• Phát trin phn mm ng dng cho Grid
• Ch ra và truy cp các ngun tài nguyên tính toán thích hp trên môi
trng phân tán
• nh ngha nhng giao tip chun cho phép giao tip gia các khi
Grid vi nhau, nhm đáp ng nhu cu phát trin ng dng.
• Bo
đm các truy cp đc xác nhn và truyn d liu an toàn.
• Cung cp các dch v cho phép theo dõi, qung cáo và kt xut báo
cáo.
• Thit k các nghi thc mng cho vic trao đi và đnh dng thông
đip.

Trang 17
Chng 2. Tính toán song song và phân b
2.1. Khái nim
Ngày nay trong khi công ngh ngày mt phát trin thì nhu cu v tc đ
tính toán ca các h thng máy tính cng ngày mt tng cao. Các lnh vc đòi
hi tính tóan hiu nng cao nh là mô hình s và gi lp các vn đ ca khoa
hc và công ngh.
Ngoài ra nó còn nhm gii quyt các lai vn đ cn tc đ x lý cao
nh:
• Mô hình hóa và gi lp
Mô hình các mu DNA
Mô hình hóa chuyn đng ca các phi hành gia
…
• X lý/Thao tác trên các d liu rt ln
X lý nh và tín hiu
Khai thác d liu và c s d liu
Xác đnh đa chn
…
• Các vn đ “grand challenge” (là nhng vn đ không th gii quyt
trong thi gian “hp lý”, nh cn 100, 1000,…nm đ có đáp án)
Mô hình khí hu
S chuyn đng ca cht lng
B gene con ngi
Mô hình cht bán dn
…
Xut phát t nhu cu đó đã dn đn s cn thit phi có nhng h thng
song song và phân b nhm tn dng ti đa kh nng thc thi ca các b x lý,
và đ gii quyt các vn đ nan gii trên.

Trang 18
2.2. Nn tng tính toán song song và phân b
Trong phn này chúng ta s xem xét cách t chc logic và vt lý ca các
nn tng song song và phân tán. Cách t chc logic liên quan đn quan đim
ca ngi lp trình (kin trúc x lý song song và phân b) trong khi cách t
chc vt lý liên quan đn cách c cu thc s ca các phn cng bên di.
Trong tính toán song song thì t quan đim ca ngi lp trình gm 2 thành
phn chính quan trng đó là cách thc th hin các tác v song song (cu trúc
điu khin) và nhng phng pháp xác đnh tng tác gia các tác v này (mô
hình giao tip).
2.2.1. Kin trúc x lý song song và phân b
Máy tính song song có th đc chia theo 2 lai chính là : dòng điu
khin (control flow) và dòng d liu (data flow). Máy tính song song dòng điu
khin da ch yu theo các nguyên tc ca máy tính Von Neumann, ngai tr
nhiu dòng điu khin có th thc hin vào bt c thi gian nào. Máy tính song
song dòng d liu , đôi khi đc bit đn là “phi Von Neumann”, thì hoàn toàn
khác bit  ch nó không có con tr tr ti các ch th hin hành hay trung tâm
điu khin.  đây chúng ta ch tp trung vào các máy tính song song dòng điu
khin.
Nm 1966, M.J.Flynn đã phân chia các h thng máy tính da trên dòng
ch th và dòng điu khin thành 4 loi sau:
• SISD (
Single Instruction stream, a Single Data stream)

• SIMD (
Single Instruction stream, Multiple Data streams)
• MISD (
Multiple Instruction streams, a Single Data stream)
• MIMD (
Multiple Instruction streams, Multiple Data streams)
Phân theo mc đ hay đc s dng:



MIMD > SIMD > MISD









Trang 19
Instruction Stream(s)
SISD
(Uniprocessors)
SIMD
(Array Processors)
MISD
GMSV GMMP
DMSV
Data Stream(s)

Single Multiple
Multiple Single
Shared Variables Message Passing
GlobalDistributed
Memory
Communication
DMMP
MIMD

Hình 2-1 : Phân lai h thng máy tính theo Flynn-Johnson
2.2.1.1. SISD

Hình 2-2 : Kin trúc SISD
Kin trúc này tng t vi kin trúc Von Neumann. Mt đn v điu
khin tip nhn mt ch th đn t b nh, sau đó đa vào cho b x lý thc thi
trên mt đn v d liu đc ch ra trong ch th nhn đc, và cui cùng là đa
kt qu nhn đc vào b nh.
2.2.1.2. SIMD
Hu ht các máy tính song song ban đu đu đc thit k theo kin trúc
SIMD. Trong kin trúc này, mt đn v x lý trung tâm s thông dch và qung
bá các tín hiu điu khin thích hp cho các b x lý theo chiu kim đng h.
Tng b x lý s thc thi các ch th mt cách đng thi, và chúng cng có
quyn không tip nhn trên các ch th nào đó. S ph bin ca kin trúc SIMD
là do tính nng ca các ng dng song song ban đu và t yêu cu ca nn kinh

Trang 20
t. Theo quan đim ca ngi dùng thì các ng dng s dng kin trúc SIMD
thì d dàng đc lp trình hn và tn dng hiu qu hn các thit b phn cng.

Hình 2-3 : Kin trúc SIMD
Bên trong SIMD, tn ti hai la chn thit k c bn sau:
1. SIMD đng b và bt đng b. Trong mt máy SIMD, tng b x
lý có th thc thi hay b qua các ch th đc qung bá da vào trng
thái cc b ca nó hay nhng điu kin ph thuc vào d liu. Tuy
nhiên điu này có th dn đn x lý mt vài tính toán điu kin
không hiu qu. Mt cách gii quyt kh thi là s dng phiên bn bt
đng b ca S1IMD, đc bit đn là SPMD (Single Program
Multiple Data), trong đó tng b x lý s chy mt bn sao ca









Trang 21
chng trình chung. im thun li ca SPMD là trong lúc tính toán
biu thc điu kin “if-then-else”, tng b x lý s ch thc hin 
nhánh thích hp mà không mt thi gian cho các chi phí tính toán
khác.

2. Chip SIMD tùy chn hay thng nht (commodity). Mt máy
SIMD có th đc thit k da trên nhng thành phn thng nht
hay là t nhng con chip tùy chn. Trong cách tip cn th nht thì
các thành phn có xu hng r hn do sn xut hàng lot. Tuy nhiên
nhng thành phn mang mc đích chung nh vy có th cha các
yu t không cn thit cho mt thit k c th nào đó. Nhng thành
phn thêm vào có th làm phc tp vic thit k, sn xut và kim
th các máy SIMD và cng có th đem li khim khuyt v tc đ
x lý. Còn các thành phn tùy chn thì nhìn chung h tr tt hn cho
thc thi tuy nhiên nó cng dn đn chi phí cao hn cho vic phát
trin. Khi vic tích hp nhiu b x lý cùng vi b nh d dt trên
mt con chip VLSI đn tr nên kh thi, thì vic kt hp u đim ca
2 cách tip cn trên là hoàn toàn có th.
2.2.1.3. MISD
Mô hình này hu nh không thy nhiu trong các ng dng. Mt trong
nhng lý do là bi vì hu ht các ng dng không th áp dng mt cách d
dàng vào kin trúc MISD, điu này dn đn vic thit k ra mt kin trúc đ
tha mãn cho mt mc đích chung là điu không th. Tuy nhiên có th áp dng
các b x lý song song kiu MISD vào trong mt ng dng c th nào đó.









Trang 22

Hình 2-4 : Kin trúc MISD
Trong hình trên là ví d v mt b x lý song song vi kin trúc MISD.
Mt dòng d liu đn đi vào mt máy tính gm 5 b x lý. Nhiu phép bin
đi đc thc hin trên tng đn v d liu trc khi nó đc chuyn sang mt
(hay nhiu) b x lý khác. Các đn v d liu k tip có th đi qua các phép
bin đi khác do điu kin đc lp d liu ca các dòng ch th hay do các th
điu khin đc bit đc truyn cùng vi d liu. Chính vì vy mà cách t chc
theo kin trúc MISD có th đc xem nh là mt h thng ng lnh cp đ cao
và phc tp vi nhiu đng dn và trong đó tng giai đan có th đc lp
trình riêng bit.
2.2.1.4. MIMD
c tiên đoán bi các doanh nghip vào thp niên 90, mô hình MIMD
gn đây đã tr nên khá ph bin. Lý do cho s thay đi này là vì tính uyn
chuyn cao ca kin trúc MIMD và bi kh nng tn dng đc nhng u
đim ca các b vi x lý đc sn xut hàng lat (commodity
microprocessors), vì th tránh đc nhng vòng phát trin dài dòng và qua đó
có th đc phát trin cùng vi s ci thin ca các b x lý. Các máy tính
MIMD đc áp dng rt hiu qu cho các ng dng song song mà vn đ ca
nó đc phân rã t trung bình cho đn tt (medium- to coarse-grain parallel
applications).u đim ca các máy tính MIMD bao gm kh nng uyn









Trang 23

chuyn cao trong vic khai thác nhiu dng thc song song khác nhau, d phân
chia nh hn cho các b x lý đc lp trong môi trng đa ngi dùng (tính
cht này là ng ý quan trng cho tính dung li), ít khó khn trong vic m rng
(scalability). Nhng bên cnh đó kin trúc này cng có khuyt đim là s quá
ti do giao tip gia các b x lý và vic lp trình gp nhiu khó khn.

Hình 2-5 : Kin trúc MIMD
Bên trong kin trúc MIMD, tn ti 3 loi vn đ c bn hay còn đc
gi là cách la chn thit k hin vn là ch đ đang đc tranh cãi trong cng
đng các nhà nghiên cu.
1. MPP – massively or moderately parallel processor. Vic xây
dng mt b x lý song song t mt s lng nh các b x lý









Trang 24
mnh m hay t mt s lng rt ln các b x lý bình thng (mt
“by voi” hay là mt “đàn kin”) thì cách nào s hiu qu hn ?.
Theo lut ca Amdahl thì cách đu tiên thích hp hn cho nhng
phn tun t ca mt tính toán, trong khi cách tip cn th hai s làm
tng tc hn na nhng phn mang tính song song. Không th đa ra
mt câu tr li chung cho câu hi này, s la chn tt nht tùy thuc
vào loi công ngh và ng dng đang đc s dng.
2. MIMD “cht ch” hay “lng lo”. Cách tip cn nào tt hn cho

vic tính toán hiu nng cao, bng cách s dng đa b x lý đc
thit k đc bit trên nhiu máy tính hay là tp hp ca nhng máy
trm bình thng đc kt ni vi nhau bi các h thng mng “tin
nghi” (nh là Ethernet hay ATM) và nhng tng tác nào s đc
kt ni vi nhau bng h thng phn mm đc bit và các h thng
tp tin phân tán? Cách tip cn th hai đôi khi đc bit đn là mng
ca các máy trm (network of workstations hay là NOW) hay là tính
toán cluster, đã đc s dng rng rãi trong nhng nm gn đây. Tuy
nhiên vn còn nhiu vn đ m còn tn ti nhm phát huy ti đa kh
nng ca nhng kin trúc có nn tng là mng. Thit b phn cng,
h thng phn mm, và nhng khía cnh ng dng ca NOW đang
đc đu t tìm hiu bi mt s lng ln các nhóm ngiên cu. Mt
cách tip cn trung gian là kt hp các cluster nhng b x lý thông
qua môi trng mng. iu này v c bn là mt phng pháp phân
nhánh, đc bit thích hp khi có mt s truy cp rt ln đn d liu
cc b.
3. Truyn thông đip tng minh hay chia s b nh o. Lai nào
s tt hn, cho phép ngi dùng ch ra tt c các loi thông đip s
đc truyn gia các b x lý hay là cho phép h lp trình  mt cp
đ tru tng cao hn, cùng vi các thông đip cn thit t đng
đc phát sinh bi h thng phn mm? Câu hi này v c bn là
tng t vi câu đc hi trong nhng ngày đu ca nhng ngôn

Trang 25
ng lp trình cp cao và b nh o. Ti mt vài thi đim trong quá
kh, vic lp trình bng hp ng và thc hin trao đi gia b nh
chính và b nh ph có th đem li hiu qu cao hn. Tuy nhiên, do
ngày nay các phm mm đã đt đn mc quá phc tp, các trình biên
dch cùng vi h điu hành cng đã quá cp cao đn ni vic ti u
các chng trình bng tay không còn là điu gì quá khó. Tuy nhiên
chúng ta vn cha  thi đim x lý song song đáng k, và vic che
giu cu trúc giao tip tng minh gia các máy tính song song ra
khi ngi lp trình s đem li hiu nng thc thi rt đáng k.
2.2.2. T chc vt lý ca các nn tng song song và phân b
Trong phn này chúng ta s ch mô t mt máy tính song song lý tng
là PRAM. ây là mt cách m rng t nhiên ca mô hình tính toán tun t
(Random Access Machine hay là RAM) bao gm p b x lý và mt vùng nh
toàn cc có kích thc không gii hn và đc truy cp t tt cá các b x lý.
Tt c chúng đu có s dng cùng chung mt không gian đa ch. Các b x lý
có th cùng chia s mt đng h chung nhng cng có th thc thi các ch th
khác nhau trên cùng mt chu k. Mô hình này đc bit đn là parallel random
access machine (PRAM). Tùy thuc vào cách thc truy cp b nh, PRAM
đc phân thành 4 loi sau.
1. Toàn quyn đc - Toàn quyn ghi (exclusive-read, exclusive write)
EREW. Trong loi này, truy cp vào vùng nh là toàn quyn. Không
có thao tác đc ghi nào đc cho phép. ây là mô hình PRAM
không chc chn nht, ch h tr truy cp đng thi vào b nh mt
cách ti thiu.
2. ng thi đc – Toàn quyn ghi (concurrent read, exclusive write)
CREW. Cho phép nhiu thao tác đc cùng lúc trên cùng mt vùng
nh, tuy nhiên nhiu thao tác ghi ch thc hin theo tun t.
3. Toàn quyn đc – ng thi ghi (exclusive read, concurrent write)

ERCW. Cho phép nhiu thao tác ghi cùng lúc trên cùng mt vùng
nh, tuy nhiên nhiu thao tác đc ch thc hin theo tun t.