Эем-нің негізгі функционалдық элементтері, I бөлім

73
Кемшіліктері:

Ортақ жадылы жүйе нашар масштабталады.
SMP-жүйенің бұл  кемшілігі  оларды  шын  мәнінде  перспективалы  деп  атауға
болмайтынын көрсетеді. Нашар масштабталуының себебі, қазіргі таңда шина бір ғана
транзакцияны өңдей  алады, соның салдарынан  бірнеше  процессорлардың
ортақ
физикалық жадыны бір  уақытта қолдануда  болатын  мәселелерді  шешуге  тура
келеді.Есептегіш  элементтер  бір-біріне  кедергі  келтіре  бастайды.  Осындай  шиеленіс
болған  кезде,    байланыс  жылдамдығы  мен  есептеуіш  элементтер  санына  байланысты
болады. Қазіргі  кезде  мұндай  келіспеушілік  8-24  процессор  болған  кезде  орын  алады.
Сонымен қатар,  системалы  шина  шектелген  (жоғары  болса  да)  жіберу қасиеті(ЖҚ)
және  шектелген қабат  санынан  тұрады.  Мұның бәрі    процессор  көбейгенде  және
қосылған қолданушылардың саны  жоғары  болғанда, өнімділіктің көбеюіне  кері әсерін
тигізеді. Нағыз жүйелерде 32 процессорды қатар іске қосуға болады.  Масштабталатын
жүйені құру үшін    SMP    базасында  кластерлі  немесе  NUMA-архитектуралары
қолданылады.    SMP- жүйесімен  жұмыс  істеген  кезде    бөлек  жадыдан  тұратын
программалау парадигмасын қолданады.(shared memory paradigm).
MPP-архитектура
MPP (massive parallel processing) –
массивті -параллельді архитектура. Мұндай
архитектураның басты ерешелігі –физикалық жадысы бөлінген. Мұндай жағдайда жүйе
процессор құрамындағы  бөлек-бөлек  модульдерден құрылады: операционды  жүйенің
(ОЖ)  локальды  банкі,  коммуникационды  процессорлер(рутерлер)  немесе  сетевикті
адаптерлер,  кей-кезде қатты  диск  және  басқа  да  кіріс/шығыс құрылғылары.Шын
мәнінде  мұндай  модульдер  толық функционалды  компьютерлер  болып  табылады.(2-
сурет).ОЖ банкін берілген модульдердің ішінен (ОП) процессоры ғана қолдана алады.
Модульдер  арнайы  коммуникационды  каналдармен  байланысады.Қолданушы
өзі
қосылған 
процессордың
логикалық
номерін 
анықтай 
алады 
және 
басқа
процессорлармен  мәліметтер  айырбастай  алады. МРР –архитектура  машинасында
операционды  жүйемен(ОЖ)  жұмыс  істеудің  2
нұсқасы  бар.Біреуінде  толық
операциондық жүйе тек  басқарушы  машинада  жұмыс  жасайды(front-end).Екінші
нұсқада әрбір модульде  толық, бөлек орнатылған UNIX-сияқты ОЖ жұмыс жасайды.
Сурет 2. Бөлек жадылы архитектураның схемасы
Бөлек  жадылы  жүйенің ең басты  артықшылығы  жақсы масштабталуы:  SMP-
жүйеге қарағанда  бөлек  жалдылы  машиналарда әрбір  процессорде  жеке өздерінің
локальды  жадысы болады.  Практика  бойынша өндіріс  рекорды  бүгінгі  күні  осындай
архитектуралы  машиналарда  жүзеге  асып  жатыр,  олар  бірнеше  процессордан  тұрады.
(ASCI Red, ASCI Blue Pacific).
Кемшіліктері:

Ортақ жадының болмауы. Ол – процессорлар арасында айырбас жасауға
арналған мәліметтерді сақтайтын ортақ ортасы жоқ болуы себебінен

74
процессораралық айырбас жылдамдығын төмендетеді.Процессорлар арасындағы
ақпаратты тасымалдауды іске асыру үшін арнайы программалау техникасы
қажет;

Әрбір процессор локальды жады банкінен тек шектелген белгілі бір бөлігін
қолдана алады;

Көрсетілген архитектуралық кемшіліктерге байланысты, жүйелік ресурстарды
максималды түрде қолдану үшін көп жұмыс жасау қажет.Осы себепке
байланысты  бөлек жадылы массивті-параллельдіжүйені программалық
қамтамасыз ету қымбат тұрады.
МВС-1000, IBM RS/6000 SP, SGI/CRAY T3E-суперкомпьютерлері,  ASCI, Hitachi
SR8000-жүйелері, Parsytec-жүйесі бөлек жадылы жүйелер болып табылады.
1200  Мфлопс/с  (CRAY  T3E-1200) өндірілетін  Dec  Alpha  21164  процессор
базасына  негізделген    соңғы  сериалы    CRAY  T3E    SGI-дан  машиналары,    2048
процессорге дейін масштабтала алады.
MPP-жүйелерімен жұмыс жасаған кезде Massive Passing Programming Paradigm –
программалау парадигмасын қолданады.
NUMA гибридтік архитектурасы
NUMA  (nonuniform  memory  access)
гибридтік  архитектурасының басты
ерекшелігі – жадыны бірдей емес етіп қолдану.
Гибридтік  архитектурада ортақ жадылы  жүйенің артықшылықтары  мен  бөлек
жадылы  жүйенің  қасиеттері қосылған.
Бұл  архитектураның негізі-жадыны  ерекше
ұйымдастыруында,  яғни  физикалық жады  жүйенің  әртүрлі  бөліктерінде  орналасқан,
бірақ логика  бойынша  ол ортақ болып  есептелінеді,  сондықтан  да қолданушы  оны
біріккенадрестік  орта деп  түсінеді.Жүйе  біртекті  базалық модульдерден құралған,
олар 
жады 
блогынан, 
процессордың
аз 
санынан 
тұрады. 
Модульдер
жоғарыжылдамдықты коммутатор көмегіменбайланысқан. біріккен адресті ортасы
болады, өшірілген жадыны аппарат арқылы қолданады, тура солай басқа модульдердің
жадыларын  да. Локальды  жадыны қолдану, өшірілген  жадыға қарағанда әлдеқайда
тезжүреді.Негізінде    NUMA  архитектурасы  MPP  архитектура  болып  (массивті-
параллельді)    табылады,  мұнда  бөлек  есептеуіш  элемент  ретінде  SMP  (cимметриялы
көппроцессорлы архитектура) қолданылады.  SMP-тармақта мәлімет айырбастау және
жадыны қолдану локальды жады арқылы жүзеге асады.
Гибридті тармақты компьютердің структуралық схемасы:4 процессор бір-бірімен
SMP-тармақтағы  кроссбар  арқылы  жалғанған.  Олар"көбелек" сияқты  жалғанады
(Butterfly):
Сурет 3.Гибридті тармақтың құрылымдық схемасы

75
Ең алғаш
гибридтік  архитектура идеясын Стив  Воллох ұсынды,  ол  оны
Exemplar сериялы жүйесінде іске асырды. Воллох нұсқасы –8 SMP-тармақтан тұратын
жүйе.    HP фирмасы  идеяны  сатып  алып, SPP сериялы  суперкомпьютерлерінде  іске
асырды.Идеяны Сеймур  Крей  (Seymour  R.Cray) қолдады  және  жаңа  элемент қосты-
когерентті кэш, cc-NUMA архитектурасын құрды (Cache Coherent Non-Uniform Memory
Access), яғни "когерентті  кэшті қамтамасыз  ету  арқылы жадыны біртекті  емес  етіп
қолдану". Ол оны Origin типті жүйесінде іске асырды.
Көпдеңгейлі иерархиялық жадының когеренттілігінің ұйымдастырылуы
Когерентті
кэш
түсінігі  дегеніміз,  кез-келген  уақытта  барлық
орталық
процессорлар  бірдей  мағынада  айнымалыларды қабылдай  алады.  Шынында  да,  кэш
жады  бір ғана  компьютерге  ортақ болғандықтан,  бір  компьютердің кэшына  келір
түскен мәліметтерді басқалары қолдана алмайды. Мұны болдырмау үшін процессордың
кэш-жадысында сақталған ақпараттарды синхронизациялау қажет.
Когерентті кэшті қамтамасыз ету үшін бірнеше мүмкіндіктер бар:

Шиналық сұраулардың механизмін қолдану (snoopy bus protocol), яғни кэшта
орталық процессорлерге жіберіле алатын айнымалылар реті, тағы қажет болған
жағдайда көшірмелері жасалына алады;

Бүкіл айнымалылар ретін қадағалап отыратын, арнайы жады бөлігі бөлініп
алынады.
cc-NUMA архитектура жүйесінің ең көп таралған түрлері: HP 9000 V-class  SCA-
конфигурацияларында,  SGI  Origin3000,  Sun  HPC  15000,  IBM/Sequent  NUMA-Q  2000.
Бүгінгі  таңда  cc-NUMA- жүйесінде  процессорлардың максималды  саны  1000-нан
асады.  (серия  Origin3000).Әдетте  бүкіл  жүйе  біртекті    ОЖ  басқаруымен  жұмыс
жасайды.
сс  NUMA-
жүйесінде  жұмыс  жасаған  кезде  SMP  сияқты,
ортақ
жадылыпрограммалау парадигмасын (shared memory paradigm) қолданады.