Паралельноє програмирование

ЗМІСТ
ВСТУП.. 2
1БАГАТОЯДЕРНІ АМД ПРОЦЕСОРИ.. 5
1.1 АМД ПРОЦЕСОРИ.. 5
1.2AMD Opteron/Athlon64. 7
1.3 AMD Phenom.. 8
1.4 AMD Turion. 13
2ЗАСОБИ МОВ С#, ADA ДЛЯ ПРОГРАМУВАННЯ ПОТОКІВ.. 16
2.1 Вирішення завдання синхронізації в мові С#. 16
2.2 Засоби синхронізації в мові С#. 20
2.3 ВИРІШЕННЯ ЗАВДАННЯ СИНХРОНІЗАЦІЇ В МОВІ АДА.. 29
3АПАРАТНИЙ КОМПЛЕКС.. 34
3.1 Компютерна система. 34
3.2 Процесор. 34
3.4 Оперативна память. 36
3.4 Жорсткий диск. 36
3.5 Корпус. 37
4РОЗРОБКА ПРОГРАМ.. 38
4.1 Задача ...................... 38
4.2 Задача ...................................... 41
4.2 Задача ............................... 44 C:\www\doc2html\work\bestreferat-232132-13965101163743\input\Бакалаврська Вайнагій Олександр.docx - _Toc263737444
4.4 Тестування програм. 47
ВИСНОВКИ.. 51
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.. 52
ВСТУП
Сьогодні все більше комп'ютерів оснащується багатоядерними процесорами. Такі чіпи – наприклад Core| Duo| корпорації Intel| або Athlon| 64 X2| від AMD| – містять|утримують| два (Dual| Core|) або навіть чотири (Quad| Core|) процесори.
Довгий час виробники процесорів – для підвищення продуктивності процесорів підвищували їх тактову частоту. Проте|однак| при тактовій частоті більше 3,8 ГГц чіпи просто перегріваються, відповідно, про вигоду можна забути.
Було потрібно нові ідеї і технології, одній з яких і стала ідея створення|створіння| багатоядерних чіпів. У такому чіпі паралельно працюють два і більше процесорів, які при меншій тактовій частоті забезпечують велику продуктивність. Виконувана в даний момент програма ділить завдання|задачі| по обробці даних на обоє|обидва| ядра. Це дає максимальний ефект, коли і операційна система, і прикладні програми розраховані на паралельну роботу.|із||застосуваннями| «Багатоядерність» впливає і на одночасну роботу стандартних застосувань. Так, наприклад, одне ядро процесора може відповідати за програму, що працює у фоновому режимі, тоді як антивірусна програма займає|позичає| ресурси другого ядра.
Та все ж управління паралельними завданнями|задачами| теж|також| вимагає часу і задіює ресурси ПК, крім того, часом для вирішення однієї з них доводиться чекати результату виконання інший. Тому на практиці двоядерні процесори не виробляють|справляють| обчислення|підрахунку| в два рази швидше одноядерних: хоча приріст швидкодії і виявляється|опиняється| значним, але|та| при цьому він залежить від типа|типу| додатка|застосування|. В|у| ігор, які поки що зовсім не використовують нову технологію, швидкодію, на жаль, збільшується всього на 5% при однаковій тактовій частоті. А ось|от| оптимізовані під багатоядерні процесори програми для обробки музики і відео працюють швидше вже на 50%.
Наявність декількох ядер дозволяє розподіляти фонові завдання|задачі| операційної системи по декількох ядрах процесорів, всі процеси, що вимагають інтенсивних обчислень|підрахунків|, протікають швидше:
Обробка відео: стискування|стиснення| і обробка відеофайлів відбуваються|походять| помітно швидше.
Відтворення відео: якісне відтворення фільмів з|із| високим дозволом, наприклад з дисків Blu-ray| або HD-DVD| можливо лише з|із| багатоядерними процесорами. Адже при декомпресії такого відео, що містить|утримує| великі об'єми|обсяги| даних, процесор повинен виробляти|справляти| величезну кількість обчислень|підрахунків|;
ігри: перевага за швидкістю в|у| ігор поки|поки| невелика, вони дістали користь лише від великого розміру кеша процесора, встановленого|установленого| у вашому ПК. Пройде ще деякий час, поки|доки| з'являться|появлятимуться| ігри, які на багатоядерних процесорах працюватимуть помітно швидше;
Використання|споживання| електроенергії: понижене|знизити| енергоспоживання давно стало актуальним для процесорів мобільних систем – це дозволяє продовжити автономну роботу ноутбука від акумуляторів. Багатоядерні чіпи, в яких реалізовані всі сучасні технології енергозбереження, швидше звичайних|звичних| справляються з|із| поставленими завданнями|задачами| і тому швидше можуть перейти в режим з|із| меншою тактовою частотою і, відповідно, з|із| меншим енергоспоживанням.
Розробники корпорацій Intel| і AMD| постійно розробляють нові ідеї, як зробити процесори продуктивнішими і, як наслідок, більш конкурентоздатними|конкурентоспроможними|. Так, новітнє|найновіше| покоління багатоядерних процесорів, окрім іншого, використовує наступні|слідуючі| прийоми:
інтегрований кеш: оскільки|тому що| прочитування і запис даних в оперативній пам'яті триває набагато довше, ніж вимагається процесору для обчислень|підрахунків|, ці чіпи використовують особливо швидкий кеш, який, на відміну від старих рішень|вирішень|, разом з електронікою (так званим кеш-контроллером), що управляє, вбудований в той же чіп, що і ядра. Це дозволяє процесору дуже швидко звертатися|обертатися| до вбудованої кеш-пам'яті, що в черговий раз|у черговий раз| підвищує швидкодію. У багатоядерних процесорах від AMD| кожне ядро має свій власний кеш, завдяки чому досягається певна перевага: коди, що зберігаються в кеші, і дані одночасно виконуваних програм не заважають|мішають| один одному;
покращування|поліпшувати| схеми: з|із| кожним поколінням процесорів розробники оптимізують електронні схеми, зменшуючи кількість елементів. За рахунок цього нові чіпи виконують операції набагато швидше своїх попередників;
вузькі струмопровідні доріжки: ширина робочих елементів найсучасніших мікропроцесорів складає всього 65 нанометрів. Завдяки цьому на одній і тій же площі|майдані| уміщається більше схем, а відстані між ними стають коротшими, що дозволяє значно прискорити виконання операцій;
багатоступінчасті|багатоступінчаті| енергозбережні функції: новітні|найновіші| процесори набагато економніше витрачають електроенергію, що подовжує|продовжує| термін служби і безперервної роботи акумуляторів в ноутбуках. Залежно від міри|ступеня| завантаженості окремі ділянки чіпа можуть поетапно відключатися, витримуючи таким чином різні «фази сну». Наприклад, використовується динамічна кеш-пам'ять: якщо вся буферна пам'ять в даний момент не використовується, сучасні багатоядерні процесори можуть відключати її фрагменти.
1 БАГАТОЯДЕРНІ АМД ПРОЦЕСОРИ
1.1 АМД ПРОЦЕСОРИ
Перехід до багатоядерних процесорів стає основним напрямом|направленням| підвищення продуктивності. Такими є сучасні багатоядерні процесори |AMD.| Ці процесори по більшості показників продуктивності випереджають своїх х86-конкурентов| від Intel|, будучи лідерами цілочисельної продуктивності серед серверних процесорів, лише трохи поступаючись IBM| Power5| і Intel| Itanium| 2
Розробка досконалішої|довершеної| мікроархітектури, що містить|утримує| більше число функціональних виконавчих пристроїв|устроїв|, з метою підвищення кількості команд, що одночасно виконуються за один такт, — традиційний альтернативний зростанню|зросту| тактової частоти метод|колія| підвищення продуктивності. Але|та| такі розробки дуже складні і дорогі; складність розробки зростає із|із| складністю логіки експоненціально.
Ще один підхід до вирішення даної проблеми був реалізований в VLIW/EPIC-архітектурі IA-64|, де частина|частка| проблем перекладена з апаратури на компілятор; проте|однак| сьогодні розробники визнають, що для високої продуктивності мікроархітектура важливіша.
Крім того, при великому числі функціональних блоків мікросхеми і великому її розмірі виникає фундаментальна проблема обмеженості швидкості поширення|розповсюдження| сигналу: за один такт сигнал не встигає|устигає| добратися у всі необхідні блоки. Як можливий вихід в мікропроцесорах Alpha| були введені|запроваджувати| так звані «кластери», де пристрої|устрої| частково дублювалися, та зате усередині|всередині| кластерів відстані були менше.
Можна сказати, що ідея побудови|шикування| багатоядерних мікропроцесорів є розвитком ідеї кластерів, але|та| в даному випадку дублюється цілком процесорне ядро. Іншим попередником багатоядерного підходу можна вважати|лічити| технології Intel| HyperThreading|, де також є невелике дублювання апаратури.
Про випуск двоядерних процесорів з|із| архітектурою х86| в AMD| і Intel| оголосили майже одночасно.
AMD| пропонує 64-розрядні двоядерні процесори Opteron| для серверних систем і робочих станцій і 64-розрядні двоядерні Athlon64| — для настільних систем. Intel| використовує аналогічну 64-розрядну архітектуру EM64T| в своїх серверних процесорах Xeon| і «настільних» Pentium| 4.
Процесори Opteron| і до появи двоядерних версій випереджали своїх х86-конкурентов| від Intel| по продуктивності на більшості додатків|застосувань|. Opteron| взагалі є лідером серед всіх серверних процесорів по цілочисельній продуктивності, хоча на тестах SPECint2000| і поступається «настільному» Pentium| 4/3,8 ГГц. На тестах SPECfp2000| він поступається IBM| Power5| і Intel| Itanium| 2. Проте|однак| останні процесори досягають настільки|так| високих показників у тому числі і за рахунок дуже великої ємкості|місткості| кеша. Можна порівняти дані SPECfp2000| для Itanium| 2/1,4 ГГц з|із| 1,5-мегабайтним| кешем третього рівня (порівнянно з|із| 1 Мбайт в|у| Opteron|) і для Itanium| 2 з|із| тією ж частотою і кешем в 3 Мбайт. При такому збільшенні ємкості|місткості| кеша продуктивність Itanium| 2 зростає на 15% (дані для SGI| Altix| 350), а Opteron| відстає від Itanium| 2 з|із| кешем на 9 Мбайт всього на 30% (таблиця. 1).
Таблиця 1. Продуктивність серверних процесорів на тестах SPECcpu2000| (пиковое/базовое значення)
Рис1.1 Продуктивність серверних процесорів на тестах SPECcpu2000| (пікове/базове значення)
1.2 AMD Opteron/Athlon64
«Opteron» (укр. Оптерон; кодова назва під час розробки Sledgehammer або K8) — перший мікропроцесор фірми AMD, заснований на 64-бітовій технології AMD64 (також званою x86-64). AMD створила цей процесор в основному для застосування на ринку серверів, тому існують варіанти Opteron для використання в системах з 1—16 процесорами.
Загальну|спільну| архітектуру серверів на базі Opteron| [1] в AMD| називають «архітектурою з|із| прямим з'єднанням|сполукою|», оскільки процесори «безпосередньо|напряму|» сполучені|з'єднані| з|із| оперативною пам'яттю за допомогою вбудованого контроллера пам'яті. В даний час|нині| Opteron| підтримує пам'ять DDR400|, що забезпечує пропускну спроможність 6,4 Гбайт/с на процесор. Із|із| зростанням|зростом| числа процесорів пропускна спроможність пам'яті зростає|росте| лінійно.
У двоядерному процесорі Athlon64| пропускна спроможність пам'яті з розрахунку на|розраховуючи на| ядро стає удвічі|вдвічі| менше|. У двоядерних Opteron| вона ділиться лише|тільки| між двома ядрами кожного процесора.
Крім того, Opteron і Athlon64 використовуть для підтримки когерентності кеша досконаліший|довершений| протокол MOESI|, що дає переваги в масштабуванні при роботі з|із| пам'яттю. Пов'язаний з роботою протоколу MOESI| трафік в двоядерних процесорах Athlon64| не зачіпає комутатор, що не блокується, а використовує SRQ|, чергу системних запитів, що відповідає за управління ядрами і визначення їх пріоритету, і контроллер пам'яті. При цьому також зменшуються затримки, оскільки не додаються|добавляють| затримки на комутаторі.
Для багатопроцесорних серверів перевага|вищість| двоядерних процесорів Opteron| представляється важливішою|поважною|: частина|частка| трафіку, що викликається|спричиняє| підтримкою когерентності кеша, доводиться|припадає| на SRQ| і контроллері пам'яті, і не дає навантаження на комутатор. Крім того, використання високошвидкісного інтерфейсу HyperTransport| в Opteron і Athlon64 передбачає|припускає| як з'єднання|сполуку| процесорів через HyperTransport| з|із| підтримкою когерентності кеша в багатопроцесорних серверах, так і пряме — без північного і південного мостів — під'єднування через HyperTransport| мостів шин PCI-X/PCI-Express, що також підвищує продуктивність. Сумарна пропускна спроможність вводу/виводу для 8-процесорних систем на базі Opteron| 8xx| досягає 30,4 Гбайт/с, для двопроцесорних систем на базі Opteron| 2xx| — 22,4 Гбайт/с. З точки зору|з погляду| архітектури пам'яті побудова|шикування| серверів з|із| Opteron| відповідає архітектурі ccNUMA|, хоч доки|поки| і з|із| невеликим, до 8, числом процесорів.
Інші переваги Opteron|, наприклад, низькі величини затримок при роботі з|із| ієрархією пам'яті. Так, затримка Opteron| при вибірці з|із| кеша даних першого рівня дорівнює трьом тактам, і є|наявний| два порти читання, що дають можливість|спроможність| двох одночасних операцій. У Xeon| DP| ця затримка дорівнює 4 тактам, а порт читання лише|тільки| один.
1.3 AMD Phenom
AMD Phenom (скорочено від слова phenomenon (феномен, незвичне явище) - багатоядерний центральний процесор від компанії AMD. Створений для персональних комп'ютерів. Має: два, три або чотири ядра. Базується на архітектурі К10. Триядерні версії (кодова назва Toliman) Phenom відносяться до серії 8000 і чотирьохядерні (кодова назва Agena) до AMD Phenom X4 9000.
AMD вважають, що чотирьохядерні Phenom-и були першими «істинними» чотирьохядерними процесорами, тому що саме вони, по суті, являються монолітним багатоядерним чіпом (всі ядра розташовані на тій же підложці кремнію), на відміну від серії процесорівIntel Core 2 Quad, які за дизайном являються мультикристально-модульними процесорами. Процесори розроблені для платформи Socket AM2+.[2]
Ці процесори покоління AMD| K10|, на жаль, не здобули популярності серед користувачів із-за проблем, що мали місце при їх появі.Перед офіційним випуском Phenom, була виявлена помилка в буфер асоціативної трансляції (TLB), яка могла спричинити блокування системи в різних випадках. Процесори Phenom аж до степінгу «B2» і «BA» схильні до цієї помилки. Якщо в BIOS і в програмному забезпеченні відключч\ити TLB, то це, як правило, призводить до втрати швидкодії порядку 10%. Процесори Phenom степінгу «В3» (моделі з номерами «xx50») були представлені 27 березня 2008 року, і були позбавлені помилки TLB
З технічної точки зору архітектура процесорів AMD| Phenom| X4/X3 (кодове ім'я Agena/Toliman) стала логічним продовженням ідей, закладених в дуже успішні Athlon| 64 і Athlon| 64 X2|.
Серед ключових|джерельних| особливостей виділимо наступні|такі| пункти.
Шина HyperTransport| була розроблена для Athlon| 64 і благополучно перекочувала до нового покоління - HyperTransport| 3.0. Вона використовується для обміну даними процесора зі|із| всією останньою периферією. Для Phenom| X3| її частота складає 1800 Мгц (для порівняння: у попередньому поколінні це значення було 1000 Мгц, а максимальна для топовых| моделей Phenom| X4| – 2000 Мгц). Хоча це поліпшення|покращання| має сенс лише|тільки| для серверних версій процесорів, призначених для багатопроцесорних конфігурацій. Настільним комп'ютерам з лишком вистачає частоти HT| в 1 ГГц.
Вбудований | контроллер пам'яті, по суті, кардинальним чином не змінився, оскільки|тому що| повністю|цілком| виправдовує себе. За швидкістю доступу до оперативної пам'яті процесори AMD| випереджали Intel| Pentium4| і навіть Core| 2 Duo|. Інженери компанії лише допрацювали|доопрацьовували| контроллер, зменшили затримки звернення до модулів ОЗУ, додали|добавляли| новий режим роботи – Unganged| (так званий "розпарений" режим), який, на відміну від звичайного|звичного| режиму Ganged| ("спареного"), має два як би незалежних 64-бітових каналу пам'яті. Тоді як класична двухканальність| – це один канал, але|та| подвоєної ширини - 128 біт. Підтримується пам'ять з|із| швидкістю аж до DDR2-1066|. Додана|добавляти| також підтримка пам'яті DDR3|, правда, вона не задіяна до цих пір, і практичну реалізацію знайде лише|тільки| в нових процесорах - Phenom| II.
Внутрішня кеш-пам'ять L1| і L2| за логікою роботи залишилася колишньою: вона ексклюзивна, тобто дані з|із| L1| не дублюються в L2|, і їх об'єм|обсяг| можна підсумовувати. Розміри цих кешів складають 128 і 512 KB| відповідно, як і у більшості процесорів попереднього покоління. З|із| удосконалень відзначимо розширення шини обміну ядра процесора з|із| обома|обидва| кешами з 64 до 128 біт.
Проте|однак| найзначнішим нововведенням слід вважати|лічити| появу внутрішньої кеш-пам'яті L3| розміром 2 MB|, також ексклюзивною, що є|з'являється|, по відношенню до L1| і L2|. Ця кеш-пам'ять загальна|спільна| для всіх трьох ядер Phenom| X3| (або чотири – для Phenom| X4|), а L1| і L2| є|наявний| в кожному окремому ядрі. Таким чином, сумарний об'єм|обсяг| кеша другого і третього рівнів для всіх процесорів Phenom| X4| складає 4 MB| і 3.5 MB| – для AMD| Phenom| X3|.
Виконавчі блоки ядра процесора для роботи з|із| дійсними числами залишилися в тій же кількості, що і в|у| Athlon| 64, але|та| збільшили свою розрядність удвічі|вдвічі| – до 128 біт.
Набор інструкцій SSE4A| для швидкого виконання певних операцій, що використовуються для прискорення або кодування відео і інших завдань|задач|, тепер несумісний з|із| аналогічними інструкціями Intel|. Це може створити певні труднощі для програмістів і привести до появи неоптимізованого ПО для однієї з платформ (із зрозумілих причин їй швидше|скоріше| стане AMD|).
Інші оптимізації. Серед них можна виділити вдосконалену технологію енергозбереження Cool’n’Quiet| 2.0, що тепер управляє окремо і незалежно всіма ядрами процесора і шиною HyperTransport|, знижуючи частоту і напругу|напруження| живлення|харчування| кожного з названих|накликати| компонентів в разі|у разі| їх простою або навіть повністю|цілком| відключаючи незадіяні блоки ядра процесора. Сюди додамо|добавлятимемо| і покращувану|поліпшувати| технологію віртуалізації AMD| Virtualization| (AMD-V|).
Всі перераховані і деякі інші нововведення забезпечують, за словами представників AMD|, підвищення продуктивності кожного ядра Phenom| на 20 -25% в порівнянні з поколінням Athlon| 64 при рівних тактових частотах. Що ж, в цьому у нас ще буде можливість|спроможність| переконатися.
Основним і, мабуть, єдиною відмінністю|відзнакою| процесора Phenom| X3| від Phenom| X4| є кількість задіяних ядер. Блок-схеми цих двох процесорів представлені на
Рис. 1.2 і Рис. 1.3
Рис. 1.2AMD| Phenom| X4|
Рис. 1.3 AMD| Phenom| X3|
Як бачимо, обоє|обидва| процесора дуже схожі. Окрім|крім| загального|спільного| числа обчислювальних ядер (і, відповідно, внутрішніх L1-| і L2-кэшей|, оскільки|тому що| вони фізично і логічно є внутрішньою частиною|часткою| кожного обчислювального ядра), відмінностей|відзнак| немає. Адже об'єднання відразу чотирьох ядер на одному кристалі, на відміну від Intel| Core| 2 Quad|, об'єднуючих в одному процесорі два окремі двоядерні кристали, одночасно є і його недоліком|нестачею|. Кристал з|із| чотирма ядрами в рамках|у рамках| 65-нм| технології виявився занадто складним і великим. Поза сумнівом|безсумнівно|, вірогідність|ймовірність| виробничого браку|шлюбу| в одному з обчислювальних ядер при виготовленні такого кристала набагато вище, ніж у конкурента. Тим більше що AMD| все ж |все же таки|помітно відстає в технологічному плані від Intel|. Тому поява Phenom| X3| багато в чому обумовлена необхідністю якось використовувати кристали Phenom| X4| з|із| технологічним браком|шлюбом| в одному з обчислювальних ядер. Тобто|цебто| Phenom| X3| – це не що інше, як Phenom| X4| з|із| одним відключеним ядром.
Рис. 1.4 Структура процессораAMD| Phenom| X3
Поважно відмітити|помітити|, що при відключенні четвертого ядра об'єм|обсяг| кеш-пам'яті третього рівня L3| залишився таким же, як і в|у| Phenom| X4|, і складає 2 MB|. У деяких умовах ця особливість може навіть дати перевагу Phenom| X3| над його старшим "братом" при однакових тактових частотах. Допустимо, процесор працює з|із| додатком|застосуванням|, що ефективно використовує лише|тільки| три ядра. В цьому випадку одне ядро Phenom| X4| простоюватиме, тоді як всі ядра Phenom| X3| задіяні. Все б добре, але|та| на одне ядро Phenom| X4| доводиться|припадає| лише чверть|четвертина| 2 MB| кеш-пам'яті L3|, а Phenom| X3| – третина, тобто|цебто| трохи більше. Це і може трохи збільшити продуктивність останнього.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию