Câu 10: Các kiểu của bộ xử lý song song. Các bộ xử lý có cấu trúc ống.

Trả lời:

a)Các kiểu bộ xử lý song song

Có nhiều cách phân loại song song dựa trên cấu trúc hoặc hành vi của chúng:

Hinh Anh

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) đọc các lệnh và các toán hạng từ bộ nhớ, thực hiện lệnh, và chuyển kết quả vào lại bộ nhớ chính (main memory). Các bước thực hiện lệnh này gộp lại thành một chu kỳ lệnh (Instruction Cycle)

Các lệnh có thể hình thành một chuỗi các lệnh liên tiếp nhau đọc từ bộ nhớ vào bộ xử lý, trong khi các toán hạng cũng hợp thành một chuỗi dữ liệu theo sau đi tới và từ bộ xử lý.

Nếu đặt M1 và MD là số lượng các chuỗi lệnh và các chuỗi dữ liệu tương ứng thì theo Micheal J.Flyunn, các máy tính được phân loại thành 4 nhóm dựa trên số lượng M1 và MD.

Phân loại Flynn

1.Một chuỗi lệnh một chuỗi dữ liệu SISD (Single Instruction Stream Multiaple Data Stream) :

M1=MD=1. Hầu hết các máy tính và máy vi tính sử dụng với một chip VXL các loại là các máy tính kiểu SISD

2. Một chuỗi lệnh nhiều chuỗi dữ liệu SIMD :

M1=1,MD>1, trong các hệ thống máy tính SIMD có nhiều bộ VXL làm việc song song với nhau, thực hiện một mệnh lệnh giống nhau nhưng với những dữ liệu khác nhau. Những dạng máy tính chuyên dụng cho xử lý Vector và mảng(array) là những máy tính SIMD

3. Nhiều chuỗi lệnh một chuỗi dữ liệu MISD

M1>1,MD=1. Trong các máy tính MISD có nhiều bộ xử lý làm việc song song và có nhiều bộ xử lý làm việc song song và xử lý chức năng riêng (theo những mệnh khác nhau) nhưng với dữ liệu giống nhau

4. Nhiều chuỗi lệnh nhiều chuỗi dữ liệu MIMD

M1>1,MD>1. Thi hành theo các mệnh lệnh khác nhau với các dữ liệu khác nhau

Phân loại theo cấu trúc

Một hệ thống máy tính có thể được xem như một tập hợp n>=1 bộ xử lý hay đơn vị xử lý trung tâm(CPU): P1,P2,…,Pn và

m>=0 đơn vị nhớ chia sẻ (share memory unit) hoặc module nhớ :M1,M2…Mm kết nối trong mạng N bên trong hệ thốngmáy tính.

Hinh ANh

*Máy tính chia sẻ bộ nhớ:

Hệ thống máy tính với tổ chức, mà trong đó các đơn vị nhớ kết nối trên mạng thành một bộ nhớ chính tổng thể đảm bảo chia sẻ cho tất cả các đơn vị xử lý.

Hinh Anh

*Máy tính phân tán bộ nhớ

Hệ thống máy tính mà trong đó mỗi đơn vị xử lý nối với một đơn vị nhớ tạo thành khối xử lý riêng (với tài nguyên riêng)

và kết nối với nhau trên mạng kết nối N để trao đổi tài nguyên, thì gọi là máy tính có phân phối tài nguyên.

Hinh Anh

Cấu trúc nối mạng N cũng được phân loại. nó có thể cõ những dạng như sau:

*Bus chia sẻ đơn (Single Shared Bus)

Được sử dụng trong các hệ thống máy tính tuần tự cũng như máy tính song song.

Nhược điểm : Khi số lượng n (các đơn vị xử lý) và m (số lượng đơn vị nhớ) tăng lên thì tốc độ của Bus đơn phải rất nhanh và àsự đụng độ cạnh tranh truy cập Bus là tăng thời gian chờ đợi được phục vụ trên Bus với các đơn vị xử lý và đơn vị nhớ.

*Nhiều Bus

Mạng nhiều Bus khắc phục được nhược điểm của Bus đơn.

Trong đó, một số đơn vị xử lý và đơn vị nhớ khác lại kết nối với mọt Bus khác, hoặc có những đơn vị xử lý và đơn vị nhớ có thể kết nối cùng một lúc với một số Bus àgiảm quá tải cho các Bus, sự đụng độ truy cập Bus giảm tối thiểu.

Nhược điểm : khi có 1 sự cố nào đó xảy ra đối với một Bus nào đóàthì hiệu suất mạng giảm đi rõ rệt

*Các Bus giao nhau (Crossbar Bus)

Mỗi đơn vị xử lý kết nối với tất cả đơn vị nhớ tương tự, mỗi đơn vị nhớ kết nối với các đơn vị xử lý. Cấu trúc này khắc phục được cấu trúc nhiều Bus.

Nhược điểm : Có thể xảy ra trường hợp xấu là tất cả các đơn vị xử lý cũng truy cập vào 1 đơn vị nhớ.

*Kết nối hình cây

Mạng kết nối hình cây còn gọi là cây nhị phân, tức là với gốc (các đơn vị xử lý mẹ) chỉ có 2 đơn vị xử lý con kết nối vào

Như vậy nếu có số lượng hàng (tầng cây) là P thì sẽ có số tổng các đơn vị xử lý là n=2p-1, tức là số tầng cây P xấp xỉ

bằng P=logn

*Mạng kết nối siêu lập thể n- chiều

Mạng kết nối này còn gọi là kết nối n- cup nhị paahn (binary n-cube) vì nếu có n chiều thì có 2n đơn vị xử lý kết nối trong

khối lập thể. Nếu n=3 thì có 8 đơn vị xử lý.

b) Các bộ xử lý có cấu trúc ống (pipeline processor)

- bộ XL ống gồm có 1 chuỗi liên tiếp các mạch xử lý mà các mạch xử lý đó thường đgl phân đoạn hay tầng. Thông qua

chuỗi này, dòng toán hạng đc xử lý . Mỗi phân đoạn xử lý từng phần của các toán hạng và các kết quả cuối cùng chỉ

nhận đc khi toàn bộ chuỗi các toán hạng đã đi qua hết các phân đoạn của ống.

- Mỗi phân đoạn x.lý từng phần các toán hạng và k.quả cuối cùng chỉ nhận đc khi toàn bộ chuỗi các toán hạng đã đi qua

hết các phân đoạn của ống.

Thanh ghi ra, (R)

Cấu trúc của BVXL ống:

Phân đoạn m, (Sm)

Phân đoạn 2, (S2)

Phân đoạn 1, (S1)

Hinh Anh

Các thanh ghi Ri là những bộ đệm nhận d.liệu Di – 1 (là các kết quả tính đc trong c.kì xung nhịp đồng hồ trc của các đvị

tính Ci – 1) từ phân đoạn Si – 1, ngoại trù các thanh ghi Ri nhận d.liệu bên ngoài ống.

- Một đường ống lệnh đơn giản có thể đc tổ chức gồm 2 phân đoạn: phân đoạn đọc lệnh (S1) và phân đoạn thực hiện

lệnh (S2)

Hinh Anh

Một đường ống lệnh cơ bản có thể hình thành nhờ phân theo chu kì lệnh: đọc lệnh(S1), giải mã lệnh(S2), đọc các toán

hạng(S3), thực hiện lệnh (S4), cất giữ kết quả (S5)

Đến bộ nhớ

Hinh Anh