Московский государственный университет путей сообщения
Опубликован: 22.12.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 2255 / 473 | Оценка: 4.07 / 4.02 | Длительность: 16:07:00
ISBN: 978-5-9556-0071-0
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 2:

Микропроцессорные системы и способы распараллеливания

< Лекция 1 || Лекция 2: 12345 || Лекция 3 >

Способы распараллеливания

Различают два основных способа распараллеливания: по управлению и по информации.

Первый способпредставление алгоритма задачи в виде частично-упорядоченной последовательности выполняемых работ. Затем в результате диспетчирования реализуется оптимальный план выполнения работ в ВС при ограничениях на время выполнения всего алгоритма или за минимальное время.

Основой является представление алгоритма граф-схемой G, отражающей информационные связи между работами (задачами, процессами, процедурами, операторами, макрокомандами и т.д.), на которые разбит алгоритм. Граф G — взвешенный, ориентированный, без контуров.

Для исследования графа и диспетчирования используют матрицы следования S ; их дополняют столбцом T весов — получают расширенные матрицы следования S* (рис. 2.4).

Исходная информация для распараллеливания

Рис. 2.4. Исходная информация для распараллеливания

Здесь предполагаем, что ВС — однородная, с общей (разделяемой) памятью, т.е. потерями времени на обмен между работами можно пренебречь.

Пусть ВС содержит два процессора (n = 2). Тогда в результате оптимального распределения получим план (рис. 2.5).

Временная диаграмма параллельного выполнения работ

Рис. 2.5. Временная диаграмма параллельного выполнения работ

План действительно совпадает с оптимальным, т.к. длина расписания T = 7, что совпадает с длиной критического пути в графе, Tкр = 7 (путь 1 -> 3 -> 4 ).

В общей схеме организации параллельного вычислительного процесса мы не полностью раскрыли содержание блока 3 — интерпретации потока макроинструкций в виде, удобном для работы диспетчера. Сейчас мы определили, что такой вид — это матрица следования. Значит, в случае необходимости автоматического формирования матрицы следования надо определять информационную взаимосвязь макроинструкций в пределах видимости, т.е. в "окне просмотра". Таким образом, по текущему содержимому "окна просмотра" надо формировать текущий вид матрицы следования.

Вспомним, что мы уже в упрощенном виде решали подобную задачу, например, когда по формируемому потоку трехадресных команд определяли их информационную взаимосвязь и определяли возможность одновременного выполнения этих команд.

Обобщим эту задачу.

Возвращаясь к названной схеме, представим себе, что поток макроинструкций (блок 2) следует через "окно просмотра" так, что для планирования оптимальной загрузки процессоров диспетчер может анализировать некоторое множество этих макроинструкций и из них выбирать вариант назначения их на процессоры для выполнения. Каждая макроинструкция может интерпретироваться и как процедура, где можно выделить имя \theta _{\mu }, множество \{ \alpha _{\mu }\} входных параметров, множество \{ \beta _{\mu }\} выходных параметров. На рис. 2.6 отображено "окно просмотра", через которое следует поток макроинструкций.

Обработка "окна просмотра"

Рис. 2.6. Обработка "окна просмотра"

Составим по его содержимому соответствующую матрицу следования размерности m x m:

{
S=||\alpha_{\mu \nu}||^m_I=
\begin{pmatrix}
\alpha_{11} & \alpha_{12} &\ldots& \alpha_{1m}\\
 \hdotsfor{4}\\
\alpha_{m1} & \alpha_{m2} &\ldots& \alpha_{mm}
\end{pmatrix}
} \\ \\
{
\alpha_{\mu \nu}=
\left\{
\begin{aligned}
1,&\ \text{если} \ \varepsilon_{\mu \nu}\ne \oslash,\\
0,&\ \text{в противном случае};\\
\end{aligned}
\right.
} \\ \\
{
\varepsilon_{\mu
\nu}=(\{\alpha_\mu\}\cap\{\beta_\nu\})\cup(\{\beta_\mu\}\cap\{\alpha_\nu\}\cup\{\beta_\nu\})\
\text{для всех}\ \nu < \mu.
}

По матрице следования S диспетчер производит назначение.

После выполнения макроинструкций они исключаются из "окна прросмотра", оставшиеся макроинструкции уплотняются вверх, а снизу "окно просмотра" пополняется новыми макроинструкциями. С учетом вновь поступивших макроинструкций уточняется текущий вид матрицы следования S и процесс диспетчирования продолжается.

По такой же схеме, а именно, на основе первого способа распараллеливания — по управлению — решается другая важная задача распараллеливания: компоновки длинных командных слов в оптимизирующем трансляторе. Назначение работы на ИУ осуществляется здесь в виде записи соответствующей инструкции в позицию длинного командного слова, соответствующую ИУ. Т.е. план параллельного выполнения работ (команд, операций) фиксируется в длинных командных словах, в которых предусмотрены инструкции каждому ИУ, которые они должны начать выполнять с данного такта.

< Лекция 1 || Лекция 2: 12345 || Лекция 3 >
Вадим Козлов
Вадим Козлов
Россия, Москва
Тимофей Маханько
Тимофей Маханько
Россия