Файл: Мультипроцессоры (Понятие, роль и сущность микропроцессоров).pdf

По сути CUDA (Compute Unified Device Architecture) – это программно аппаратное решение, которое позволяет применять видеопроцессоры для вычислений общего назначения.

Разработка программ для выполнения на Tesla K20X происходит таким же способом. С точки зрения программиста, Tesla K20X представляет собой набор независимых мультипроцессоров. Каждый мультипроцессор состоит из нескольких независимых скалярных процессоров, двух модулей для вычисления математических функций, конвейера, а также общей памяти. CUDA позволяет создавать специальные функции (ядра, kernels), которые выполняются параллельно различными блоками и потоками, в отличие от обычных C-функций.

Мультипроцессор занимается распределением, параллельным выполнением потоков внутри блока и их синхронизацией. Каждый поток независимо исполняется на одном скалярном процессоре с собственным стеком инструкций и памятью.

Всем потокам также доступны два вида общей памяти для чтения: константная и текстурная, они кэшируются. Так же, как и в общей памяти устройства, данные сохраняются на протяжении работы приложения.

Основой архитектуры MIC является использование большого количества вычислительных ядер архитектуры x86 в одном процессоре. В результате для разработки параллельных программ могут быть использованы стандартные технологии, в частности: pthreads, OpenMP, Intel TBB, Intel Cilk Plus, MPI.

Кроме того, под архитектуру x86 разработано огромное количество инструментов и библиотек. Это является огромным преимуществом перед другими ускорителями вычислений, для которых используются специальные (обычно более сложные) технологии разработки параллельных программ: CUDA, OpenCL. Intel® Xeon Phi™ 5110P подключается к разъему PCIe x16 на материнской плате.

В двухпроцессорной системе можно установить до 8 карт Intel® Xeon Phi™ 5110P.

Рисунок 14 — Архитектура Intel® Xeon Phi™ 5110P ^[28]

Технические характеристики Intel Xeon Phi 5110P представлены на рисунке 15.

Рисунок 15 — Intel Xeon Phi 5110P^[29]

При этом известно, что каждое из имеющихся дер способно обрабатывать одновременно 4 потока информации. Сам процессор способен работать с любыми операционными системами, что упрощает интеграцию сопроцессора в кластер.

Выводы по второй главе

По итогам разработки положений во второй главе автором были выявлены основные классификации мультипроцессоров: гомогенные и гетерогенные.

Также были представлены некоторые разработки от ведущих компаний, производящих мультипроцессоры для пользователей.

Заключение

По итогам проведенного автором исследования «Мультипроцессоры» была достигнута поставленная цель.

Основная часть работы разделена на две главы, первая из которых содержит автором было выявлено понятие «мультипроцессоров», определена их классификация, представлено краткое описание архитектуры.

Мультипроцессорные системы — это специальные компьютерные системы, которые в своем составе имеют не один, а сразу несколько процессоров и только одно адресное пространство (адресный путь, поле), которое в свою очередь видно для сразу нескольких процессоров. В себе они реализуют принципы системы MESI, специального протокола, который реализует мониторинг информации в текущем и средних процессорах, а затем отмечает схожую и новую информацию в файлах соответствующим образом.

В частности, мультипроцессоры классифицируют по ряду признаков:

• По роли и доступу к памяти и к периферии: симметричные мультипроцессоры и асимметричные мультипроцессоры;
• по способу адресации памяти: UMА; COMА; NUMА;
• по программированию: многопоточные – когда на каждом процессоре запускается поток исполнения, и они обмениваются друг с другом данными через общие переменные в общей памяти; message passing – когда на каждом процессоре запускается отдельный процесс, и они обмениваются данными друг с другом путем обмена сообщениями.

Список литературы

1. Аверченков, В.И. Системы защиты информации в ведущих зарубежных странах: учебное пособие для вузов / В.И. Аверченков, М.Ю. Рытов, Г.В. Кондрашин, М.В. Рудановский. – 4-е изд., стер. – Москва: Флинта, 2016. – 224 с.
2. Айдинян, А.Р. Аппаратные средства вычислительной техники: учебник / А.Р. Айдинян. – Москва; Берлин: Директ-Медиа, 2016. – 125 с.
3. Алиев, М.Т. Микропроцессоры и микропроцессорные системы управления. 8-разрядные процессоры семейства AVR: лабораторный практикум / М.Т. Алиев, Т.С. Буканова; Поволжский государственный технологический университет. – Йошкар-Ола: ПГТУ, 2016. – 64 с.
4. Бабёр, А.И. Основы схемотехники: пособие: [12+] / А.И. Бабёр. – Минск: РИПО, 2018. – 112 с.
5. Барметов, Ю.П. Электронно-цифровые элементы и устройства: лабораторный практикум / Ю.П. Барметов; Министерство образования и науки РФ, Воронежский государственный университет инженерных технологий. – Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2017. – 85 с.
6. Березовская, Е.А. Информационно-аналитический инструментарий для системы поддержки принятия решений по управлению региональной социально-экономической системой: монография / Е.А. Березовская, С.В. Крюков, А.С. Лапшина и др.; отв. ред. С.В. Крюков; Министерство образования и науки РФ, Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. – 131 с. 
7. Береснев, А.Л. Разработка и макетирование микропроцессорных систем: учебное пособие / А.Л. Береснев, М.А. Береснев; Министерство образования и науки РФ, Южный федеральный университет, Инженерно-технологическая академия. – Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2016. – 108 с.
8. Буза, М.К. Архитектура компьютеров: учебник / М.К. Буза. – Минск: Вышэйшая школа, 2015. – 416 с.
9. Гергель, В. Введение в принципы функционирования и применения современных мультиядерных архитектур (на примере Intel Xeon Phi): курс / В. Гергель, И. Мееров, С. Бастраков и др. – 2-е изд., исправ. – Москва: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. – 408 с.
10. Гринберг, А.С. Информационный менеджмент: учебное пособие / А.С. Гринберг, И.А. Король. – Москва: Юнити, 2015. – 415 с.
11. Гриценко, Ю.Б. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие / Ю.Б. Гриценко; Министерство образования и науки Российской Федерации, Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР), Факультет дистанционного обучения. – Томск: ТУСУР, 2015. – 134 с.
12. Информатика: учебное пособие / Е.Н. Гусева, И.Ю. Ефимова, Р.И. Коробков и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Магнитогорский государственный университет. – 4-е изд., стер. – Москва: Флинта, 2016. – 261 с.
13. Жданов, С.А. Информационные системы: учебник / С.А. Жданов, М.Л. Соболева, А.С. Алфимова. – Москва: Прометей, 2015. – 302 с.
14. Березовская, Е.А. Информационно-аналитический инструментарий для системы поддержки принятия решений по управлению региональной социально-экономической системой: монография / Е.А. Березовская, С.В. Крюков, А.С. Лапшина и др.; отв. ред. С.В. Крюков; Министерство образования и науки РФ, Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. – 131 с.
15. Хвостова, И.П. Информатика: учебное пособие / сост. И.П. Хвостова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо- Кавказский федеральный университет». – Ставрополь: СКФУ, 2016. – 178 с.
16. Кропотов, Ю.А. Методы синтеза минимизированных переключательных функций и цифровых комбинационных схем с памятью: учебное пособие / Ю.А. Кропотов. – Москва; Берлин: Директ-Медиа, 2018. – 154 с.
17. Маркова, В.П. Эффективное программирование современных микропроцессоров: учебное пособие / В.П. Маркова, С.Е. Киреев, М.Б. Остапкевич, В.А. Перепелкин; Министерство образования и науки Российской Федерации, Новосибирский государственный технический университет. – Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2014. – 148 с.
18. Николаев, В.Т. Практика программирования в инженерных расчётах: учебное пособие / В.Т. Николаев, С.В. Купцов, В.Н. Тикменов; под ред. В.Н. Тикменова. – Москва: Физматлит, 2018. – 440 с.
19. Пигарев, Л.А. Микропроцессорные системы автоматического управления: учебное пособие / Л.А. Пигарев; Министерство сельского хозяйства РФ, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Кафедра электроэнергетики и электрооборудования. – Санкт-Петербург: СПбГАУ, 2017. – 179 с.
20. Платонов, Ю.М. Информатика: учебное пособие / Ю.М. Платонов, Ю.Г. Уткин, М.И. Иванов; Министерство транспорта Российской Федерации, Московская государственная академия водного транспорта. – Москва: Альтаир: МГАВТ, 2014. – 226 с.
21. Подольский, В.И. Компьютерные информационные системы в аудите: учебное пособие / В.И. Подольский, Н.С. Щербакова, В.Л. Комиссаров; ред. В.И. Подольский. – Москва: Юнити, 2015. – 160 с.
22. Провалов, В.С. Информационные технологии управления: учебное пособие / В.С. Провалов. – 4-е изд., стер. – Москва: Флинта, 2018. – 374 с.
23.  Роженцов, А.А. Проектирование встраиваемых систем на микроконтроллерах: лабораторный практикум / А.А. Роженцов, А.А. Баев, Д.С. Чернышев, К.А. Лычагин; под общ. ред. А.А. Роженцова; Поволжский государственный технологический университет. – Йошкар-Ола: ПГТУ, 2015. – 120 с.
24. Сажнев, А.М. Цифровые устройства и микропроцессоры: учебное пособие / А.М. Сажнев, И.С. Тырышкин; Новосибирский государственный аграрный университет, Инженерный институт. – Новосибирск: ИЦ НГАУ «Золотой колос», 2015. – 158 с.
25. Синельников, М.С. Проектирование и технология электронной компонентной базы: лабораторный практикум / М.С. Синельников, В.Н. Леухин; Поволжский государственный технологический университет. – Йошкар-Ола: ПГТУ, 2015. – 72 с.
26. Сычев, А.Н. ЭВМ и периферийные устройства: учебное пособие / А.Н. Сычев; Министерство образования и науки Российской Федерации, Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР), Факультет дистанционного обучения. – Томск: ТУСУР, 2016. – 113 с.
27. Титоренко, Г.А. Информационные системы и технологии управления: учебник / ред. Г.А. Титоренко. – 3-е изд., перераб.и доп. – Москва: Юнити, 2015. – 591 с.
28. Торгаев, С.Н. Практическое руководство по программированию STM-микроконтроллеров: учебное пособие / С.Н. Торгаев, М.В. Тригуб, И.С. Мусоров, Д.С. Чертихина; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет», Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ОПТИКИ АТМОСФЕРЫ ИМ. В.Е. ЗУЕВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2015. – 111 с.
29. Уткин, В.Б. Информационные системы и технологии в экономике: учебник / В.Б. Уткин, К.В. Балдин. – Москва: Юнити, 2015. – 336 с.
30. Червяков, Н.И. Математические модели и методы синтеза в сверхбольших интегральных схемах: лабораторный практикум / авт.-сост. Н.И. Червяков, А.И. Галушкин, М.Г. Бабенко, В.А. Кучуков и др. – Ставрополь: СКФУ, 2016. – 187 с.
31. Царев, Р.Ю. Теоретические основы информатики: учебник / Р.Ю. Царев, А.Н. Пупков, В.В. Самарин и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015. – 176 с.
32. Цифровая революция в логистике: эффекты, конгломераты и точки роста: материалы международной научно-практической конференции. XIV Южно-Российский логистический форум. 18–19 октября 2018 г.: [16+] / отв. ред. А.У. Альбеков ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Ростовский государственный экономический университет (РИНХ), Южно-российская ассоциация логистики. – Ростов-на-Дону: Издательско-полиграфический комплекс РГЭУ (РИНХ), 2018. – 420 с.
33. Введение в программные системы и их разработку / С.В. Назаров, С.Н. Белоусова, И.А. Бессонова и др. – 2-е изд., испр. – Москва: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. – 650 с.
34. Информационные технологии в АПК: учебное пособие / И. Шарипов, И. Воротников, С. Аникуев, М. Мастепаненко; Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, Ставропольский государственный аграрный университет. – Ставрополь: Ставропольский государственный аграрный университет, 2014. – 107 с.:
35. Информатика: учебное пособие / сост. И.П. Хвостова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет». – Ставрополь: СКФУ, 2016. – 178 с.
36. Ипатова, Э.Р. Методологии и технологии системного проектирования информационных систем: учебник / Э.Р. Ипатова, Ю.В. Ипатов. – 2-е изд., стер. – Москва: Флинта, 2016. – 257 с.
37. Камлюк, В.С. Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие: [12+] / В.С. Камлюк, Д.В. Камлюк. – Минск: РИПО, 2016. – 383 с. 
38. Красичкова, А.Г. Новейший самоучитель работы на ПК и ноутбуке: наглядно, понятно и очень просто / А.Г. Красичкова. – Москва: Издательство «Рипол-Классик», 2015. – 257 с.
39. Крахоткина, Е.В. Архитектура ЭВМ: учебное пособие / авт.-сост. Е.В. Крахоткина, В.И. Терехин; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо- Кавказский федеральный университет». – Ставрополь: СКФУ, 2015. – 80 с.
40. Игнатьева, А.В. Исследование систем управления: учебное пособие / А.В. Игнатьева, М.М. Максимцов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Юнити, 2015. – 167 с.
41. Ипатова, Э.Р. Методологии и технологии системного проектирования информационных систем: учебник / Э.Р. Ипатова, Ю.В. Ипатов. – 2-е изд., стер. – Москва: Флинта, 2016. – 257 с.
42. Синютин, С.А. Цифровая обработка электрокардиосигнала в микроконтроллерных кардиомониторах: монография / С.А. Синютин, А.В. Леонова; Министерство образования и науки РФ, Южный федеральный университет. – Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2015. – 174 с.
43. Ясенев, В.Н. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие / В.Н. Ясенев. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Юнити, 2015. – 560 с. 

1. Камлюк, В.С. Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие: [12+] / В.С. Камлюк, Д.В. Камлюк. – Минск: РИПО, 2016. – 383 с. ↑

2. Крахоткина, Е.В. Архитектура ЭВМ: учебное пособие / авт.-сост. Е.В. Крахоткина, В.И. Терехин; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет». – Ставрополь: СКФУ, 2015. – 80 с. ↑

3. Камлюк, В.С. Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие: [12+] / В.С. Камлюк, Д.В. Камлюк. – Минск: РИПО, 2016. – 383 с. ↑

4. Ясенев, В.Н. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие / В.Н. Ясенев. – 3-е изд., перераб. И доп. – Москва: Юнити, 2015. – 560 с. ↑

5. Ясенев, В.Н. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие / В.Н. Ясенев. – 3-е изд., перераб. И доп. – Москва: Юнити, 2015. – 560 с. ↑

6. ↑

7. ↑

8. ↑

9. ↑

10. ↑

11. ↑

12. Ясенев, В.Н. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие / В.Н. Ясенев. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Юнити, 2015. – 560 с. ↑

13. Камлюк, В.С. Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие: [12+] / В.С. Камлюк, Д.В. Камлюк. – Минск: РИПО, 2016. – 383 с. ↑

14. Камлюк, В.С. Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие: [12+] / В.С. Камлюк, Д.В. Камлюк. – Минск: РИПО, 2016. – 383 с. ↑

15. Составлено автором ↑

16. Хвостова, И.П. Информатика: учебное пособие / сост. И.П. Хвостова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо- Кавказский федеральный университет». – Ставрополь: СКФУ, 2016. – 178 с. ↑

17. Составлено автором ↑

18. Хвостова, И.П. Информатика: учебное пособие / сост. И.П. Хвостова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо- Кавказский федеральный университет». – Ставрополь: СКФУ, 2016. – 178 с. ↑

19. ↑

20. Введение в программные системы и их разработку / С.В. Назаров, С.Н. Белоусова, И.А. Бессонова и др. – 2-е изд., испр. – Москва: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. – 650 с. ↑

21. Введение в программные системы и их разработку / С.В. Назаров, С.Н. Белоусова, И.А. Бессонова и др. – 2-е изд., испр. – Москва: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. – 650 с. ↑

22. Составлено автором ↑

23. Составлено автором ↑

24. Царев, Р.Ю. Теоретические основы информатики: учебник / Р.Ю. Царев, А.Н. Пупков, В.В. Самарин и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015. – 176 с. ↑

25. Составлено автором ↑

26. Царев, Р.Ю. Теоретические основы информатики: учебник / Р.Ю. Царев, А.Н. Пупков, В.В. Самарин и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015. – 176 с. ↑

27. Составлено автором ↑

28. Ясенев, В.Н. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие / В.Н. Ясенев. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Юнити, 2015. – 560 с. ↑

29. Царев, Р.Ю. Теоретические основы информатики: учебник / Р.Ю. Царев, А.Н. Пупков, В.В. Самарин и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015. – 176 с. ↑