BÀI TẬP LỚN MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH KIẾN TRÚC SONG SONG

*

BÀI BÁO CÁO KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

CHƯƠNG 18
KIẾN TRÚC SONG SONG
Giảng viên hướng dẫn:ts. Trần Hùng
Bộ môn 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 chính không đồng dạng


*

18.1 Phân loại kiến trúc máy tính

 Phân loại của Michael Flynn (1966)
•
•
•
•

SISD – Single Instruction Stream, Single Data Stream
(Cấu trúc đơn, dòng lưu chuyển dữ liệu đơn)

SIMD - Single Instruction Stream, Multiple Data Stream
(Cấu trúc đơn, nhiều dòng lưu chuyển dữ liệu)
MISD – Multiple Instruction Stream, Single Data Stream
(Cấu trúc đa lệnh, dòng lưu chuyển dữ liệu đơn)
MIMD - Multiple Instruction, Multiple Data Stream
(Cấu trúc đa lệnh, nhiều dòng lưu chuyển dữ 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 bộ xử lý
 Đơn dòng lệnh

 Dữ liệu được lưu trữ trong bộ 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 các phần tử xử
lý PE (processing elements)
Mỗi phần tử xử lý có một bộ dữ liệu riêng LM (local
memory)
Mỗi lệnh được thực hiện các tập lệnh khác nhau
Các mô hình SIMD
Vector Computer
Array processor


*

MISD





Một tập dữ liệu cùng được truyền đến một tập các
bộ xử lý
Mỗi bộ xử lý thực hiện một dãy lệnh khác nhau
Không tồn tại máy tính thực tế
Có thể có trong tương lai


*

Tightly coupled – SMP - NUMA

SMP- Symmertric multiprocessor (đa đối xứng)
•
•
•
-

Xử lý chia sẻ bộ nhớ
Chia sẻ bộ nhớ xử lý
Đa xử lý đối xứng
Chia sẻ bộ nhớ đơn giản hay vùng nhớ
Chia sẻ bus để truy cập bộ nhớ
Tập trung bộ nhớ để khu vực nhất định của bộ nhớ là khoảng

lành mạnh cho mỗi bộ vi xử lý

NUMA- Nonuniform memory access(Truy cập bộ nhớ không
đồng dạng)

•

Thời gian truy cập đến các vùng khác nhau của bộ nhớ có thể
khác nhau


*

Tổng quan MIMD

•
•
•

Xử lý mục đích chung
Mỗi người có thể xử lý tất cả các hướng
dẫn cần thiết
Tiếp tục phân loại theo phương pháp truyền
thông xử lý


*

MIMD




•
•

Tập các bộ xử lý
Các bộ xử lý đồng thời thực hiện các dãy lệnh
khác nhau
Các mô hình MIMD
Multiprocessors (Shared Memory)
Multicomputers (Distributed memory)


*

MIMD – Share Memory

CU

CU

IS

IS

PE

PE

DS

DS

Share
Memory

.
.
.
CU

IS

PE

DS


MIMD – Distributed Memory

CU

CU

IS

IS

.
.

.
CU

PE

PE

DS

DS

PE

LM
.
.
.

.
.
.
IS

LM

DS

LM

Interconnection

network

*


*
•
•
•
•
•
•

18.2 Symmertric Multiprossors
Máy tính có nhiều hơn 2 bộ xử lý giống nhau
Các bộ xử lý dùng chung bộ nhớ và hệ thống I/O
Thời gian truy cập bộ nhớ là bằng nhau với các bộ xử lý
Tất cả các bộ xử lý chia sẻ truy nhập vào ra
Các bộ xử lý có thể thể hiện chức năng giống nhau
Hệ thống được điều khiển bởi 1 hệ điều hành phân tán


*

Ưu điểm của SMP

 Hiệu năng
- Các công việc có thể thực hiện song song
 Tính sẵn dùng
- Các bộ xử lý có thể thực hiện các chức năng


-

giống nhau, vì vậy lỗi của một bộ xử lý sẽ
không làm dừng hệ thống
Khả năng mở rộng
Người sử dụng có thể tăng hiệu năng bằng cách
thêm bộ xử lý


*

Sơ đồ khối của đa xử lý

Xử lý

Xử lý

….

Xử lý

I/O

I/O

MẠNG LIÊN KẾT TỐC ĐỘ CAO
….
I/O

BỘ NHỚ CHÍNH


*

PHÂN LOẠI VÀ TỔ CHỨC
3 Phương pháp tổ chức
• Thời gian chia sẻ hoặc bus thông thường
• Bộ nhớ Multiport
• Đơn vị điều khiển trung tâm


*
•
•
•
•

1. Thời gian chia sẻ bus
Hình thức đơn giản
Cấu trúc và giao diện tương tự như hệ thống xử lý đơn
Tính năng sau đây được cung cấp:
Giải quyết vấn đề - phân biệt các module trên bus
Trọng tài – bất kỳ thành phần nào cũng có thể là chủ
nhân tạm thời
Thời gian chia sẻ - nếu một module có bus, những lệnh
khác phải đợi và có thể phải đình chỉ
Ngày nay có nhiều bộ xử lý cũng như nhiều I/O

*

Chia sẻ thời gian bus – Ưu điểm
o Đơn giản
• Giao diện vật lý và giải quyết vấn đề, sự phân chia và

chia sẻ thời gian vẫn giữ nguyên như trong một hệ
thống xử lý đơn
o Linh hoạt
• Dễ dàng mở rộng
o Sản phẩm
Sự thất bại của bất kỳ thiết bị kèm theo không gây ra sự
thất bại nào cho toàn bộ hệ thống


*

Chia sẻ thời gian bus – Nhược điểm

•
•
•
-

Hiệu suất bị giới hạn bởi thời gian chu kì bus
Mỗi bộ xử lý nên có bộ nhớ cache của địa
phương
Giảm số lượng truy cập bus
Dẫn đến các vấn đề gắn kết với bộ nhớ
cache

Giải quyết trong phần cứng


*

Bộ nhớ nhiều cổng (Multiport memory)

Truy cập độc lập trực tiếp của các module bộ
nhớ của mỗi bộ xử lý

Logic cần thiết để giải quyết xung đột
Ít hoặc không có sửa đổi để xử lý hoặc
module cần thiết


*

Multiport Memory Diagram
M

M

. . .

M

P1
.
.
.

I/O1
…

Pn
I/Om


*

Lợi thế bộ nhớ nhiều cổng
(Multiport Memory - Advantages)

•

1. Hiệu suất tốt hơn
- mọi bộ xử lý dành cho mọi module

•

2. Có thể cấu hình các phần cùng bộ nhớ tới 1
hoặc nhiều bộ vi xử lý
- tăng cường an ninh


*

Nhược điểm bộ nhớ nhiều cổng
(Multiport Memory - Advantages)

•

1. Viết thông qua chính sách bộ nhớ cache
- không có phương tiện thuận lợi khác để cảnh
báo các bộ xử lý khác cập nhật thêm bộ nhớ
• 2. Nhiều phức tạp
- Đòi hỏi phải có một số lượng logic hợp lý để
thêm vào bộ nhớ hệ thống


18.2 Trung tâm xử lý
•
•
•
•
•

(Central Control Unit)

Luồng dữ liệu riêng biệt giữa các thành phần độc lập
Có thể đệm yêu cầu thực hiện trọng tài và thời gian
Vượt qua tình trạng và kiểm soát, thực hiện bộ nhớ cache
cập nhật cảnh báo
Giao diện đến các module vẫn như cũ
Nhược điểm:
- Bộ điều khiển khá phức tạp
- Tiềm năng hiệu suất nút cổ chai