Лекция "Организация параллелизма вычислений в современных процессорах. "

Организация параллелизма вычислений  в современных процессорах.  Параллельные вычисления — такой способ организации компьютерных  вычислений, при котором программы разрабатываются как набор взаимодействующих вычислительных процессов, работающих параллельно (одновременно). Термин охватывает совокупность вопросов параллелизма в программировании, а также создание  эффективно действующих аппаратных реализаций. Теория параллельных вычислений  составляет раздел прикладной теории алгоритмов[1]. Существуют различные способы реализации параллельных вычислений. Например,  каждый вычислительный процесс может быть реализован в виде процесса операционной  системы, либо же вычислительные процессы могут представлять собой набор потоков  выполнения внутри одного процесса ОС. Параллельные программы могут физически  исполняться либо последовательно на единственном процессоре — перемежая по  очереди шаги выполнения каждого вычислительного процесса, либо параллельно —  выделяя каждому вычислительному процессу один или несколько процессоров  (находящихся рядом или распределённых в компьютерную сеть). Основная сложность при проектировании параллельных программ — обеспечить  правильную последовательность взаимодействий между различными вычислительными  процессами, а также координацию ресурсов, разделяемых между процессами. Параллелизм   вычислений. Классическая   структура   ЭВМ   предусматривает последовательное   выполнение   команд   программ.   Требование   к   производительности вычислений ВТ возрастают,   но   последовательное   выполнение   команд   программы   не позволяет ускорения счета. Дальнейшее   развитие ВТ связано   с   переходом   к   параллельным   вычислениям   как   в рамках   одной   ВМ,   так   и   путем   создания   многопроцессорных   систем   и   сетей.   Здесь возможны два пути: объединение большого количества отдельных ЦП или отдельных ЭВМ. Для такого подхода более подходит термин ВС. Отличительной   особенностью   ВС   является   наличие   средств   по   реализации параллельной   обработки   за   счет   построения   параллельных   ветвей   в   вычислениях. Вклассической ВМ параллелизм в вычислениях не предусматривается. Уровни параллелизма. Обычно различают следующие уровни параллелизма: ∙        Уровень   заданий.   Несколько   независимых   заданий   одновременно выполняются на разных ЦП, практически не взаимодействуя  друг с другом. Это уровень реализуется на ВС с множеством ЦП в многозадачном режиме. ∙        Уровень программ. Части  одной задачи выполняются на множестве ЦП. Данный уровень достигается на параллельных ВС. ∙        Уровень   команд. Выполнение   команды   разделяется   на   фазы,   а   фазы нескольких   последовательных   команд   могут   быть   перекрыты   за   счет конвейеризации. Этот уровень достигается на ВС с одним ЦП. ∙        Уровень битов. Биты слова могут обрабатываться последовательно или параллельно. Данный уровень реализуется в обычных и суперскалярных