Va telekommunikatsiya va kommunikatsiyalarni rivojlantirish vazirligi

Va telekommunikatsiya va kommunikatsiyalarni rivojlantirish vazirligi
O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI ALOQA, AXBOROTLASHTIRISH
VA TELEKOMMUNIKATSIYA VA KOMMUNIKATSIYALARNI
RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot Texnologiyalari
Universiteti Nukus filiali
“Kompyuter injiniring” fakulteti “Kompyuter injiniringi” yo’nalishi
3-bosqich 101-18 guruh talabasi
Bozorboyev Sarvarbekning
“Kompyuter arxitekturasi” fanidan
Parallel xisoblash uchun mo’ljallangan masalalar mavzusida
MUSTAQIL ISHI
Bajargan:
Bozorboyev S.
Qabullagan:
Bekbo’sinov A.
Nukus-2020
Parallel xisoblash uchun mo’ljallangan masalalari.
Parallelashtirish – ishlov berish tezligini oshirishning bir yo’li
REJA:
1. Parallel xisoblash tizimlari
2. Parallel kompyuterlar
3. Parallel dasturlash
4. Parallel kompyuterlarning dasturiy ta’minoti
5. Parallel hisoblash tahlili
Eng avvalo kompyuterda parallel dasturlash kerakmi degan savolga javob
olish kerak. Lekin bu savol javob olishni istagan yagona savol emas.
Aynan shuninguchun ham, parallel hisoblash dunyosini tushunish qiyin
bo'lgan sodda, tushunarli, tushunarli dunyodan navbatdagi hisob-
kitoblardan nima o'tish kerakligini tushunish ham muhimdir. Parallel
hisoblashning afzalliklari nimadan iborat va parallel hisobga
yo'naltirilgan dasturlarni yaratishda dasturchi uchun qanday
muammolar kutilmoqda. Ushbu savollarga javob berish uchun keling,
kompyuterni rivojlantirish tarixini tezroq ko'rib chiqamiz.
Birinchi kompyuterlar Fon Neyman tomonidan ishlab chiqilgan
printsiplarga muvofiq qurilgan. Ularning uchta asosiy komponenti bor
edi: xotira, protsessor va kirish va chiqish ma'lumotlarini beruvchi tashqi
qurilmalar to'plami. Xotira ko'p darajali va tashqi xotirasi va ichki
xotirasi bo'lgan birinchi kompyuterlar uchun – oper atsion
va
ro'yxatga olish xotirasi. Tashqi xotira (magnit lenta, punch karta,
disklarda) kompyuterning yoqilgan yoki yoqilmaganligidan qat'iy
nazar, dastur va ma'lumotlarni saqlash imkonini berdi. Ichki xotira
faqat kompyuter bilan sessiya davri uchun ma'lumot saqlanadi.
Kompyuterni o'chirib qo'ysangiz, ichki xotiraning mazmuni g'oyib bo'ldi.
Dastur kompyuterda bajarilishi uchun u RAMga yuklanishi kerak
edi. U o'sha dasturda ishlangan ma'lumotlar kabi saqlangan. Xotirada
saqlangan dasturning printsipi Von Neumann kompyuterlarining asosiy
tamoyillaridan biridir.
Ro'yxatdan o'tish xotirasi hisoblash vaqtida ishlatilgan. Ma'lumotlar
bo'yicha ba'zi operatsiyalarni bajarishdan oldin, ma'lumotlar
registrlarda joylashtirilishi kerak. Ushbu tezkor xotira turi ma'lumotlar
bo'yicha operatsiyalarni bajarishda zarur tezlikni ta'minladi.
Barcha operatsiyalarni bajarish - hisoblash jarayonini
boshqarishda ma'lumotlar va operatsiyalar bo'yicha operatsiyalarni
protsessor amalga oshirdi. Kompyuter protsessori o'ziga xos
ko'rsatmalarga ega edi. Ushbu to'siq potentsial hisoblash funktsiyasini
hisoblash uchun universal edi. Boshqa tomondan, ushbu vosita
odamlarning yozish dasturlarining nisbiy soddaligini ta'minladi.
Dastlabki kompyuterlar uchun dasturlar, amaldagi protsessor
buyruqlar majmuasiga kiritilgan qator buyruqlarni ifodalaydi. Dasturni
kompyuterda ijro etish juda oddiy edi. Har safar kompyuterda bitta dastur
bajarilgan. Protsessor, dasturga muvofiq ketma-ket navbatdagi
buyruqlar ketma-ketlikda bajarildi. Barcha kompyuter resurslari - xotira,
protsessor vaqti, barcha qurilmalar - dasturning to'liq tasarrufida edi va
hech narsa uning ishiga aralashmasdi (albatta odamni hisobga
olmagan). Parallelizm ko'zga ko'rinmasdi.
Bu idial juda uzoq vaqt davomida juda qimmat bo'lmagan
kompyuter resurslari samarasiz ishlatgani tufayli uzoq davom etmadi.
Kompyuterlar o'chirilmadi, bitta dastur boshqasini o'zgartirdi. Yaqin
orada kompyuter protsessor bilan birga markaziy protsessor deb
nomlanuvchi qo'shimcha protsessorlarga, eng avvalo, sekin komutlarni
bajarish uchun mas'ul bo'lgan kirish / chiqish qurilmalarining maxsus
protsessorlariga ega edi. Bu esa, bir vaqtning o'zida bir nechta dastur
kompyuterda ishlayotgani – dastur natijalarini nashr etishi, ikkinchisi
- bajarilishi va uchinchisi - masalan, magnit tasmasi yoki boshqa
tashqi vositadan ma'lumotlarni kiritish uchun dasturni bajarishning
ommaviy rejimini tashkil etishga imkon berdi.
Inqilobiy qadam 1964 yilda IBM - OS 360 operatsion tizimining paydo
bo'lish bo'ldiKompyuterda payd0 bo'lgan operatsion tizim uning
mutlaq egasi bo'ldi barcha resurslari menejeri. Endilikda foydalanuvchi
dasturi faqat operatsion tizim nazorati ostida bajarilishi mumkin.
Operatsion tizim ikkita muhim vazifani hal etishga imkon berdi: bir
tomondan, bir vaqtning o'zida kompyuterda ishlashning barcha
dasturlariga zarur xizmatni taqdim etish, ikkinchidan, mavjud
resurslarni ushbu resurslarga da'vo qilayotgan dasturlar orasida
samarali foydalanish va tarqatish. Operatsion tizimlarning paydo bo'lishi
bitta dasturli rejimdan ko'p dasturli rejimga o'tishga olib keldi, bir
vaqtning o'zida bir xil dasturda bir nechta dastur mavjud. Ko'p
dasturlash parallel dasturiy emas, biroq bu parallel hisoblash uchun
bir qadamdir. Ko'p dasturlash - bir nechta dasturlarni parallel bajarish.
Ko'p dasturlash sizgaularni bajarish uchun umumiy vaqtni kamaytirish
imkonini beradi. Parallel hisoblashda bir xil dasturni parallel bajarish
nazarda tutiladi. Parallel hisoblash bir dasturning bajarilish vaqtini
kamaytirish imkonini beradi. Ko'p dasturlash uchun kompyuterning bir
nechta protsessorlarga ega bo'lishi juda muhim. Ko'p dasturlashni
amalga oshirish uchun protsessorlarning o'zaro ishlashini tashkil
qiluvchi operatsion tizim mavjudligi etarli. Parallel hisoblash uchun
Dasturning o'zi uchun zarur bo'lgan qo'shimcha talab mavjud - dastur
hisoblarni parallellashtirish imkoniyatini yaratishi kerak, chunki
operatsion tizimning ko'rinishi kompyuterni apparat (xotira,
protsessorlar, boshqa qurilmalar) deb hisoblash mumkin emasligini
anglatadi. Endi u ikki qismga ega: qattiq (qattiq) va yumshoq (yumshoq)
- bir-birini to'ldiruvchi apparat va dasturiy komponentlar. Yarim asrdan
ko'proq vaqt mobaynida komponentlar tez rivojlana boshladi, asbob-
uskunalar uchun eksponentsional o'sishni odatiy holga keltirdi, bu
Murning taniqli ampirik qonunida aks ettirilgan - barcha muhim belgilar
kattalashib ketgan – barcha xarajalarda xotira hajmi, xotiraga kirish
vaqtini kamaytirish, protsessor tezligi.
Murning qonuniga ko'ra (Gordon Moore Intelning asoschilaridan
biri), xarakterli qiymatlar har yarim yilda ikki baravarga ko'paydi.
Kompyuterga kiritilgan protsessorlarning soni ham ortdi. O'zgarildi va
kompyuter arxitekturasi. Ushbu o'zgarishlar ko'p jihatdan hisoblarni
parallellashtirishga qaratilgan qadamlar edi. Bu yerrda parallelizatsiya
jarayoni bilan bevosita bog'liq bo'lgan protsessor arxitekturasidagi
o'zgarishlarning bir qismi: Buyruqlar chizig'ini qayta ishlash.
Protsessor tomonidan buyruqlar oqimini bajarish jarayoni endi buyruq
buyrug'I ketma-ket ravishda bajarilmasligi sifatida ko'rilmaydi.
Buyruqlar oqimini qayta ishlash jarayoni quvur liniyasida amalga
oshirildi, shuning uchun bir nechta buyruqlar bir vaqtning o'zida
bajarishga tayyorlandi. Bir-biriga bog'liq bo'lmagan
buyruqlar bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin, bu allaqachon
haqiqiy parallelizmdir. "Uzoq buyruqlar". Ba'zi bir kompyuterlarning
arxitekturasi bir nechta protsessorlarni o'z ichiga olgan bo'lib, ular
mantiqiy va arifmetik operatsiyalarni butun sonlar bo'yicha bajarish
imkonini beradi, bir nechta
protsessorlar suzuvchi nuqtali raqamlarda operatsiyalarni amalga
oshiradi. Uzoq buyruq bitta buyruqda mavjud protsessorlarning har
biri bajarishi kerak bo'lgan amallarni ko'rsatishga imkon berdi. Bu esa,
apparat darajasida parallelizmni amalga oshirish imkonini berdi Vektorli
va matritsali protsessorlar. Ushbu protsessorlarning ko'rsatmalar to'plami
vektorlar va matritsalar bo'yicha asosiy operatsiyalarni o'z ichiga oladi.
Masalan, bitta guruh ikkita matritsani qo'shishlari mumkin. Bunday
buyruq parallel hisoblashlarni amalga oshiradi. Ushbu operatsiyalar
ma'lumotni qayta ishlash asoslarini tashkil etuvchi ilovalar keng
tarqalgan. Ma`lumotlarning parallel ishlashi ushbu klassdagi
ilovalarning samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Dasturiy ta'minot darajasida parallel ijro etiladigan dasturlarning yana bir
muhim turi - grafik tasvirlar bilan intensiv ishlash. Ushbu ishlash grafik
ishlovchilar tomonidan amalga oshiriladi. Grafik tasvirni ballar
to'plami sifatida ko'rish mumkin. Rasmni qayta ishlash ko'pincha
hamma punktlarda bir xil operatsiyani bajarish uchun kamayadi.
Ushbu vaziyatda ma'lumotlar parallelizatsiyasi osongina amalga
oshiriladi. Shu sababli, grafik protsessorlar avvaldan ko'p yadroli bo'lib,
bu jarayonni parallellash va tasvirni samarali ishlash imkonini beradi.
Superkompyuterlar hozirgi vaqtda eng yuqori ko'rsatkichlarga ega bo'lgan
kompyuterlarni o'z ichiga oladi. Ular yuz minglab protsessorlardan iborat.
Superkompyuterlardan samarali foydalanish hisob-kitoblarning eng keng
tarqalgan
parallelligini o'z ichiga oladi .. Ilmiy tadqiqotlarda va yangi
texnologiyalarda mavjud hisoblash tizimlarining barcha kuchini talab
qiluvchi vazifalar mavjud. Mamlakatning ilmiy salohiyati ko'p jihatdan
o'zining
superkompyuterlari
mavjudligi
bilan
belgilanadi.
Superkompyuterning kontseptsiyasi nisbatan nuqtai nazardir. O'n yillik
superkompyuterning xususiyatlari odatdagi kompyuterning
xususiyatlariga mos keladi. Bugungi superkompyuterlar petafloplarda
(1015 dona perimetrli operatsiyalar) o'lchovlarda ishlaydi. 2020 yilga
qadar superkompyuterlarning ishlashi 1000 barobarga oshadi va
eksaflopslarda o'lchov qilinadi Kompyuterlar tasniflash Kompyuterlar
dunyosi miniatyura o'rnatilgan kompyuterlardan individual binolarni
ishlaydigan ko'p tonna superkompyuterlarga qadar farq qiladi. Ular turli
yo'llar bilan tasniflanishi mumkin. Birinchi va eng sodda tasniflardan biri
– Flynn tasniflashini ko'rib chiqing, bu ma'lumotlar kompyuterda
qanday ishlashga asoslangan. Ushbu tasnifga ko'ra, barcha kompyuterlar
(komp'yuter komplekslari) to'rtta sinfga bo'linadi - arxitekturali
kompyuterlar: SISD (Single Instruction stream - yagona ma'lumotlar
oqimi) - bitta ma'lumot oqimi - bitta ma'lumot oqimidir. Bu sinf,
programma buyruqlar ketma-ket bajarilganda, keyingi ma'lumotlar
elementini qayta ishlashda von Neumann arxitekturasiga ega oddiy
"ketma-ket" kompyuterlarni o'z ichiga oladi SIMD (bitta yo'riqnoma
oqimi - bir nechta ma'lumotlar oqimi) – bitta buyruq xartasi - bir nechta
ma'lumotlar oqimi. Vektorli va matritsali protsessorlarga ega
kompyuterlar ushbu turga tegishli: MISD (bir nechta yo'riqnoma oqimi –
yagona ma'lumotlar oqimi) - bir nechta buyruqlar oqimi - bitta ma'lumot
oqimi. Ushbu turdagi ma'lumotlarni o'tkazishning konveyer turiga ega
kompyuterlar
bo'lishi
mumkin.
Biroq,
ko'pchilik
bunday
kompyuterlarning birinchi turiga havola etilishiga va MISD klassi
kompyuterlari hali yaratilmaganligiga ishonishadi. Ko'p yo'riqnomalar
oqimi (ko'p ma'lumotli oqim) - bir nechta buyruqlar oqimi - ko'p
ma'lumotli oqimlar. MIMD klassi juda keng va bugungi kunda juda ko'p
turli xil me'morchilikning ko'plab kompyuterlari unga kiradi. Shuning
uchun, MIMD klassiga tegishli bo'lgan kompyuterlarni aniqroq
tasniflash imkonini beradigan boshqa tasniflashlar taklif etiladi.MIMD
sinfidagi kompyuterlarning batafsil tasnifini ko'rib chiqamiz. Biz faqat
kompyuterlarni uchta sinfga bo'lishning yana bir usuliga to'xtalamiz:
Multiprocessor hisoblash tizimlari - umumiy xotirada ishlaydigan ko'p
protsessorli kompyuterlar. Bu sinf bozorda bugungi kunda sotilgan ko'p
yadroli
kompyuterlarning
ko'pchiligini
o'z
ichiga
oladi.Multikompyuterli hisoblash tizimlari yuqori tezlikda aloqa liniyalari
orqali ulangan kompyuterlarning ko'pini anglatadi. Har bir kompyuterda
o'z xotirasi bor va ma'lumotni uzatish uchun
tizimdagi boshqa kompyuterlar bilan xabarlar almashadi.
Bu sinf klasterlarni o'z ichiga oladi. Kьmelenme, bir serverning
rolini o'ynaydigan bir necha shaxsiy kompyuter bilan butun
hisoblangan hisoblash kompleksidir. Klasterga kiradigan kompyuterlar
odatiy kompyuter bo'lishi mumkin, klasterlar nisbatan arzon. Yuqori 500
ta superkompyuterlarning aksariyati klasterlar bo'lib, gibrid hisoblash
komplekslari ko'plab nodlardan tashkil topgan bo'lib, ularning har biri
ko'p yadroli, ko'p protsessor, grafik protsessor yoki vektorli protsessor
bo'lishi mumkin. Bunday komplekslar odatda superkompyuterlardir.
An'anaviy dasturlash tillari va maxsus izohlardan foydalanish asosida
umumiy xotira kompyuterlari uchun eng mashhur dasturiy vositalaridan
biri hozirda OpenMP texnologiyasidir. Vaqtinchalik dastur asos sifatida
olinadi va parallel versiyasini yaratadi, foydalanuvchi bir qator dir
direktivalari, funktsiyalari va atrof-muhit o'zgaruvchilari bilan
ta'minlanadi. Yaratilgan parallel dastur OpenMP API-ni qo'llab-
quvvatlaydigan turli xil umumiy xotira kompyuterlari o'rtasida
ko'chma bo'ladi deb taxmin qilinadi.
OpenMP texnologiyasi foydalanuvchi dasturning parallel va
ketma-ket ijro etilishi uchun dasturning bitta versiyasiga ega bo'lishini
ta'minlashni maqsad qiladi. Biroq, faqat parallel rejimda to'g'ri ishlashi
yoki ketma-ket rejimda boshqa natija beradigan dasturlarni yaratish
mumkin. Bundan tashqari, yaxlitlash xatolarining to'planishi tufayli
turli xil ish zarrachalaridan foydalangan holda hisoblash natijalari ayrim
hollarda farq qilishi mumkin. Ushbu standart OpenMP ARB notijorat
tashkiloti tomonidan ishlab chiqilgan (Arxitektura tadqiqoti kengashi)
[1], bu SMP-arxitektura va dasturiy ta'minotni ishlab chiqaruvchi yirik
kompaniyalarning vakillari hisoblanadi. OpenMP FORTRAN va C / C
++ tillari bilan ishlashni qo'llab-quvvatlaydi. Fortran tiliningbirinchi
spetsifikatsiyasi oktyabr 1997-yilda va C / C ++ tilining 1998 yil
oktyabrida paydo bo'lishi. Hozirgi vaqtda eng so'nggi rasmiy standart
spetsifikatsiya OpenMP 3.0 [3] (2008 yil may oyida qabul qilingan).
OpenMP interfeysi umumiy xotira modelida цlзeklenebilir SMP
tizimlarida (SSMP, ccNUMA va boshqalar) dasturiy uchun standart
sifatida mo'ljallangan. OpenMP standarti kompilyator direktiflari,
yordamchi funktsiyalar va atrof-muhit o'zgaruvchilari uchun
spetsifikatsiyalarni o'z ichiga oladi. OpenMP "master" (master) ish
zarrachalar majmuasini "qul" (thread) toifalarini hosil qiladigan va ular
orasidagi vazifa taqsimlangan multithreading yordamida parallel
hisoblashni amalga oshiradi. Bir vaqtning o'zida bir nechta protsessorli
mashinada parallel ishlaydi va protsessorlarning soni ish zarrachalar
soniga teng yoki teng bo'lmasligi kerak.
POSIX interfeysi (Pthreads) deyarli barcha UNIX tizimlarida qo'llab-
quvvatlanadi, biroq ko'plab sabablarga ko'ra amaliy parallel dasturlash
uchun mos emas: Fortranni qo'llab-quvvatlamaydi, dasturlash darajasi
juda past, parallelizmga mos kelmaydi. va iplar mexanizmi aslida
parallelizmni tashkil qilish uchun mo'ljallangan emas edi. OpenMP'ni
Pthreads (yoki shunga o'xshash yozuvlar kutubxonalari) orqali yuqori
darajadagi qo'shimcha sifatida o'ylash mumkin; OpenMP
terminologiyani va Pthreads-ga yaqin bo'lgan dasturiy modelini, masalan,
dinamik ravishda yaratilgan ish zarrachalarini, birgalikda va
birgalikdagi ma'lumotlarni va sinxronlashtirish uchun "qulflarning"
mexanizmidan foydalanadi. OpenMP texnologiyasining muhim
ustunligi dasturiy vosita dasturda parallellik manbasini o'z ichiga olgan
bo'limlarni asta-sekinlik bilan topib, taqdim etilgan mexanizmlardan
foydalangan holda ketma-ket dasturlashni amalga oshirish imkoniyati
bo'lib, ularni parallel qiladi va keyinchalik quyidagi bo'limlarni tahlil
qilishga o'tadi. Shunday qilib, dasturda parallel bo'lak asta-sekin
kamayadi. Ushbu yondashuv ketma-ketlikdagi dasturlarni parallel
kompyuterlarga moslashtirish jarayonini, shuningdek disk raskadrovka
va optimallashni osonlashtiradi. Ushbu qo'llanmada OpenMP
funksiyasining tavsifi ko'plab misollar bilan ta'minlangan. Barcha
misollar M.V. Moskva Davlat Universitetining Tadqiqot
Kompyuterlari Markazining Parallel Axborot Texnologiyalari
Laboratoriyasi xodimlari tomonidan sinovdan o'tgan. Lomonosov
"SKIF" SKU MSU
"CHEBYSHEV" da Intel Fortran / C ++ 11.0 kompyuteri yordamida
ishlaydi. OpenMP mexanizmlarini ishlatish uchun OpenMP derivatori
bilan mos kalit bilan kompilyatsiya qilishingiz kerak (masalan, icc / ifort
-openmp derleyici kaliti, gcc / gfortran -f openmp, Sun Studio -xopenmp,
Visual C ++ - / openmp, PGI - mp). Derleyici OpenMP direktivalarini
sharhlaydi va parallel kod yaratadi. OpenMP-ni qo'llamaydigan
kompilyatorlardan foydalanilganda OpenMP direktivlari qo'shimcha
xabarlarsiz e'tiborsiz qilinadi.
OpenMP yordamiga ega bo'lgan kompilyator, dasturning parallel
versiyasi uchun odatiy bo'lgan alohida bloklarni shartli ravishda
kompilyatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan _OPENMP so'lini
belgilaydi. Bu so'l yyyym formatida aniqlanadi, bu erda yyyy va mm -
qo'llab-quvvatlanadigan OpenMP standarti qabul qilingan yil va oy
uchun raqamlar. Masalan, OpenMP 3.0 standartini qo'llab-
quvvatlaydigan derleyici 2008/05 da _OPENMP ni belgilaydi.
Muammolarni paydo bo’lish sababini tushunish uchun dastavval
“oddiy” kompyuter qanday tuzilganligini ko’rib chiqamiz. Biz
foydalanuvchi ko’zi bilan oddiy kompyuterni super kompyuter sifatida
ko’ramiz va uning yutuq va kamchiliklarini ko’rib chiqamiz.
Kompyuterdagi eng asosiy ma’lumotli element so’z hisoblanadi. Har
bir so’z o’zida tartiblangan bitlar to’plamini ifodalaydi. So’z baytlarga
bo’linishi mumkin. Bayt tartiblangan 8 bit ga teng. So’zdagi bitlar soni
so’zning uzunligi deyiladi. Muayyan kompyuterlar bir xil so’zga va
bir xil so’z uzunligiga ega bo’ladi. Turli xil kompyuterlar turli xil so’z
uzunligiga ega bo’lishi mumkin. Misol uchun shaxsiy kompyuterlarda
so’z bir baytdan iborat bo’lsa, Sgau-1 kompyuterida so’z 64 bitdan
iborat. Agar so’zga qandaydir ma’lumot yozilsa, bu shuni anglatadiki,
so’zning har bir biti qabul qilishi mumkin bo’lgan 0 yoki 1 bilan
fikrsirlangan bo’ladi. So’zning barcha bitlarining to’plami so’zning
tashkil etuvchisini aniqlaydi. So’zlarning to’plamini saqlaydigan
qurilma xotira deb nomlanadi. U kompyuter bajaradigan vazifasi, yoki
kompyuter tipidan kelib chiqqan holda oddiy yoki murakkab, bir
xil qurilmali yoki turli xil qurilmali bo’lishi mumkin. Barcha so’zlar
o’z nomiga ega bo’ladi. So’zning nomi adres bilan nomlanadi. Ma’no
aniqlagan adres strukturasi xotira strukturasini aks ettiradi. Har xil so’zlar
har xil adreslarga ega bo’ladi. Har bir adres muayyan fizik joy – xotira
bilan bog’langan bo’ladi. Istalgan kompyuterning asosiy vazifasi
xotirada saqlanadigan ma’lumotlarni qayta ishlashdan iborat. U
alohida so’zdan tuzilgan, bir xil ma’noli, oddiy funksiya ketma –
ketliklari bajarilishi kabi amalga oshiriladi. Qoida shunday, barcha
funksiyalar ko’pi bilan 2 ta argumentdan iborat.
Funksiyalar so’zni to’laligicha yoki so’zning qismlarini ishlatishi
yoki ularni o’zgartirishi mumkin. Umumiy holda aytilganda, har xil
kompyuterlar har xil foydalanadigan funksiylar to’plamiga ega
bo’loladi. Biroq ushbu to’plamlar ko’pincha funksional tomondan
qisman yoki butunlay mos tushadi va faqatgina amalga oshirish
texnikasi bilan farqlanadi. Ayniqsa, sonlar ustida oddiy arifmetik amallar
(qo’shish, ayirish, ko’paytirish vahokazo), bitlar ustida mantiqiy
operatsiyalar (konyunksiya, dizyunksiya vahokazo) keng tarqalgan
funksiyalardir. Odatda kompyuter terminologiyasida barcha
funksiyalar operatsiyalar deb nomlanadi, argument qiymati, ba’zan
argumentning o’zi ham va hattoki argument ichidagi so’z adresi
operandlar hisoblanadi.
Xotiradagi operatsiyalardan tashqari, kompyuter ma’lumotlarni
qayta ishlovchi tashkiliy jarayonlar bilan bog’langan amallarni ham
bajarishi kerak. Kompyuterning mumkin amallari tizimining mashina
buyrug’ida yoziladi. Har qanday ma’lumot, mashina buyrug’i ham
so’zlar kabi yoziladi. Buyruq ta’rifi operatsiya kodlari va operandlarni
o’z ichiga oladi. Bir qancha mashina buyruqlari qat’iy ko’rsatilgan joyda
joylashgan (misol uchun fiksirlangan registr) so’zlar ustida amallar
bajaradi. Bunday buyruqlar aniq ko’rsatilgan operandlar talab
qilmaydi. Tizim komandasi quyidagicha ishlaydi, ya’ni bajarilgan
buyruqdan keyin undan keyin keladigan buyruqlarni aniqlab boradi.
Har qanday ma’lumotlarni qayta ishlovchi jarayonlar shu kompyuter
uchun mumkin bo’lgan sonlar, ya’ni aniq mashina buyruqlari
jamlanmasi yordamida ta’riflanadi. Bu jamlanma mashina kodi yoki
ichki dasturi kodi deb nomlanadi. Ta’kidlash joizki, jarayonlar mashina
tili buyruqlarida yoziladi, boshqacha bo’lishi mumkin emas.
Mashina kodining strukturasi doimo kompyuter strukturasiga
mos bo’ladi va foydalanuvchi bajarishi uchun mo’ljallangan amallar
strukturasiga umuman o’xshash bo’lmasligi mumkin. Qoida
shunday,fondalanuvchi o’z amallarini yuqori darajali tillarda yozadi.
Kompyuterlar ularni “tushunmaydi”. Shuning uchun, ular bajarilishi
uchun ularning hammasi dastlab ekvivalent mashina kodiga o’girilishi
kerak. Kompliyator juda murakkab va u juda katta hajmdagi ishni
bajaradi.
Foydalanuvchi dasturining unumdorligini olinadigan mashina
kodi va protsessorening masalani yechish unumdorligi belgilaydi.
Mashina kodi bajarilgunga qadar barcha buyruqlar va kerakli
ma’lumotlar xotiraga yuklangan bo’lishi kerak. Bu kiritish qurilmalari
deb nomlangan maxsus buyruqlar orqali amalga oshiriladi. Ularga
misol qilib ma’lumotli disklarni o’quvchi disketlar, lazerli disklar,
skanerlar, klaviaturalar va boshqalarni olish mumkin. Kompyuterdagi
natijalar maxsus buyruqlar yordamida chiqarish qurilmalari orqali
xotiradan chiqariladi. Bularga misol qilib ma’lumotlarni diskka
yozuvchi qurilmalar, printerlar, ekran va boshqalarni olish mumkin.
Xotiraga mashina kodi va ma’lumotlar yuklangandan keyin komyuter
o’z ishini boshlashi mumkin.
Bularning barchasini boshqarish qurilmasi amalga oshiradi. U
registrlar, hisoblagichlar va boshqa elementlardan tashkil topgan va
u xotira, arifmetik mantiqiy qurilma, kiritish-chiqarish qurilmasi,
kompyuterning boshqa qismalari orasidagi ma’lumotlar uzatilishini
ta’minlaydi. Boshqarish qurilmasi 2 ta o’zaro zid topshiriqni bajarishi
kerak. Bir tomondan boshqarish qurilmasi, topshiriqlarni yechish
jarayonlari to’xtab qolmasligi uchun u yetarli darajada tez ishlashi kerak.
Boshqa tomondan esa, boshqarish qurilmasi turli xil qurilmalarni
boshqaradi, shu jumladan, bir vaqtda ishlaydigan va bir-biridan
uzoqda ishlaydigan qurilmalarni ham boshqaradi. Shuning uchun
boshqarish qurilmasi iyerarxik va taqsimalangan arxitektura yordamida
tashkil qilinadi. Eng tezkor sath – bu elektron sxema hisoblanadi.
Elektron sxema navbatdagi buyruqlarni rasshifrovka qiladi, operator
adreslarini va operatsiya kodlarini belgilaydi, analiz uchun navbat turgan
bitta yoki bir nechta buyruqlarni tanlaydi. Boshqarish qurilmasining
boshqa sathi – bu, masalan, sxemalar, arifmetik-mantiqiy qurilmadagi
jarayonlarni boshqaradi. Boshqarish qurilmasi, arifmetik-mantiqiy
qurilma va tezkor xotira bloki jamlanmasi markaziy protsessor deb
nomlanadi.
Kompyuterning umumiy sxemasi
Parallel hisoblash dasturlari kompyuter dasturlarini tashkil qilishning bir
usuli bo'lib, dasturlarda parallel ishlaydigan hisoblash jarayonlari
majmuasi sifatida ishlab chiqiladi (bir vaqtning o'zida). Bu atamalar
dasturiy ta'minotning bir vaqtning o'zida bir qator masalalarni qamrab
oladi, shuningdek, samarali apparatni qo'llashni yaratadi. Parallel
hisoblash nazariyasi algoritmlarning amaliy nazariyasining bir qismi.
Parallel hisoblashni amalga oshirishning turli usullari mavjud. Masalan,
har bir hisoblash jarayoni operatsion tizim jarayoni sifatida amalga
oshirilishi mumkin yoki hisoblash jarayonlari bir operatsion jarayonida
bajariladigan ish zarrachalar majmui bo'lishi mumkin. Parallel dasturlarni
har bir hisoblash jarayonini amalga oshirish uchun yoki parallel
ravishda har bir hisoblash jarayonida bir yoki bir nechta protsessorni
(yaqinda joylashgan yoki kompyuter tarmog'iga bo'linadi) ajratish bilan
bir qatorda birma-bir protsessorda jismonan bajarilishi mumkin.
Parallel dasturlarni ishlab chiqishda asosiy qiyinchilik turli
hisoblash jarayonlari o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarning to'g'ri ketma-
ketligini ta'minlash, shuningdek, jarayonlarning o'zaro taqsimlangan
resurslarini muvofiqlashtirishdir. Ayrim parallel dasturiy tizimlarida
komponentlar orasidagi ma'lumotlarni uzatuvchi dasturchidan
yashiriladi (masalan, so'z mexanizmidan foydalaniladi), boshqalarida
esa aniq ko'rsatilishi kerak. Ochiq shovqinlarni ikki turga bo'lish
mumkin:
Umumiy xotirasi orqali o'zaro bog'liqlik: ko'p protsessorli tizimning
har bir protsessorida bitta jarayonga tegishli ijro etiladigan ish zarrachasi
ishga tushiriladi. Ushbu jarayon uchun umumiy xotira joyida ma'lumotlar
almashinuvini uzatadi [2]. Iplar soni protsessorlarning soniga mos keladi.
Mavzular til vositalari (masalan, Java yoki C #, C ++ (C ++ 11) dan
boshlab), C (C11dan boshlab)) yoki aniq kutubxonalar masalan, C / C
++ da PThreads yordamida) yoki deklarativ ravishda (Masalan,
OpenMP kutubxonasidan foydalanib) yoki avtomatik ravishda
o'rnatilgan kompilyator vositalari (masalan, Fortranning yuqori ishlashi).
Ushbu turdagi parallel dasturiy ta'minot odatda bir-birlari orasidagi
oqimni muvofiqlashtirish uchun boshqarishning ba'zi shakllarini
(mutexes, semaforlar, monitorlar) talab qiladi.
Xabar yozish yordami bilan o'zaro ta'siri: ko'p protsessorli tizimning
har bir protsessorida xabarlarni ishlatadigan boshqa protsessorlar bilan
ishlaydigan boshqa jarayonlar bilan bog'laydigan yagona bitikli
jarayon boshlanadi. Jarayonlar operatsion tizimning tegishli
funktsiyasini va kutubxonani (masalan, MPI protokolini qo'llash)
foydalanib, yoki til vositalarini (masalan, High Performance Fortran,
Erlang yoki occam) foydalanib yozish orqali aniq tarzda yaratiladi.
Xabarlar doimo mos kelmaydigan shaklda yoki jo'natuvchiga xabar
yetkazilguniga qadar taqiqlanadigan topiladigan usul yordamida
foydalanish mumkin. Asenkron xabarlar ishonchli bo'lishi mumkin
(kafolatlangan etkazib berish bilan) yoki ishonchsiz [3]. Parallel xabarlar
tizimlari umumiy xotira tizimlaridan ko'ra ko'proq tushunishadi va
ko'pincha ilgari parallel dasturlash usuli hisoblanadi. Xat yozish
tizimlarini o'rganish va tahlil qilish uchun matematik nazariyalarning
keng tanlovi mavjud, shu jumladan aktyorlar modeli va jarayonlarning
har xil turlari. Xabarlar nosimmetrik ko'p protsessorlarda birgalikda
izchil xotirasi bo'lgan yoki bo'lmagan holda samarali tarzda amalga
oshirilishi mumkin. Tarqatilayotgan xotira va xabarlarni yuborish bilan
parallellik turli ishlash ko'rsatkichlariga ega. Odatda (lekin har doim
ham emas), jarayonlar uchun xotira miqdori va xabarlarni uzatuvchi
tizimlar uchun vazifalarni almashtirish muddati past bo'ladi, lekin
xabarlarni yuborish jarayoni protsedura chaqiruvlaridan ko'ra
qimmatroq. Bu farqlar ko'pincha ishlashga ta'sir qiluvchi boshqa omillar
bilan bir- biriga o'xshash. Gibrid usul: tarqatilgan xotirali (DM-MIMD)
ko'p protsessorli tizimlarda, bu tizimning har bir tugunini umumiy xotira
protsessori (SM-MIMD) bo'lsa, siz gibrid dasturiy usulini qo'llashingiz
mumkin [4]. Tizimning har bir tugunida, bu tugun protsessorlari
orasidagi iplarni tarqatadigan ko'p tarmoqli jarayon boshlanadi. Bir
tugundagi iplar o'rtasidagi ma'lumot almashinish umumiy xotira orqali
amalga oshiriladi va tugunlar orasidagi ma'lumotlar almashinish
xabarlar orqali amalga oshiriladi. Bunday holda, jarayonlarning soni
tugunlar soniga va har bir tugundagi protsessorlarning soni bo'yicha iplar
soniga bog'liq. Gibrid dasturlash usuli yanada murakkab (parallel
dasturni maxsus tarzda qayta yozish kerak), biroq juda protsessorli
tizimning har bir tugunining apparat-resurslarini ishlatishda eng
samarali hisoblanadi.
Foydalanilgan adabiyotlar
1. Internet materiallari
2. Google.com
3. http://www.mobile.uz
4.
http://www.uzinfocom.uz
5. Wikipedia materiallari
6. O’zbekiston Respublikasi Prezidentining “O’zbekiston milliy
teliradiokompaniyasi
tizimida
yuqori
texnologiyali
teliradiouskunalardan foydalanish samaradorligini yanada oshirish
chora-tadbirlari to’g’risida”gi №PQ-1088 01.04.2009 yi
http://fayllar.org
|