7. Simd-архитектура. Способы её реализации.

SIMD (Single Instruction Multiple Data) – архитектура, подразумевающая параллельную обработку данных.

Способы реализации:

1. Матричная структура процессора

Множество процессоров исполняет одну и ту же команду над всеми элементами матрицы, объединенных коммутатором.

2. Векторно-конвейерная структура процессора

Процессор содержит конвейер операций, на котором обрабатываются параллельно элементы векторов и полученные результаты последовательно записываются в единую память.

Потребность в коммутаторе, использующимся в матричных процессорах, отпадает.

3. Технология MMX

Технология SIMD – один из примеров реализации SIMD архитектуры. Она разработана для ускорения выполнения мультимедийных и коммуникационных программ.

Команды MMX выполняют одну и ту же функцию с различными частями данных, например: 8 байт графических данных передаются процессору как одно упакованное 64-х разрядное число и обрабатываются одной командой.

4. Потоковые SIMD расширения (SSE – Streaming SIMD Extensions)

Это следующий шаг на пути развития SIMD-архитектуры.

SSE реализуют новые SIMD-инструкции, оперирующие с 128-битными регистрами, каждый из которых может хранить несколько упакованных целочисленных и вещественных данных.

Таким образом, выполняя операцию над содержимым сразу двух регистров под управлением команды SSE, процессор может обработать несколько пар операндов одновременно.

(Ранее тоже самое было сделано фирмой AMD – расширение 3D Now!).

8. Многоядерные структуры процессора и многопотоковая обработка команд.

Многоядерные структуры процессора:

Многоядерная структура позволяет снизить тепловыделение (его увеличение происходит за счет наращивания тактовой частоты).

Увеличиваем число ядер и снижаем рабочую частоту каждого ядра.

К примеру: при снижении рабочей частоты на 20% - производительность падает на 17%, а тепловытеление на 50%.

НО: Двухядерный процессор, при тех же условиях, все равно будет выигрывать в производительности на 70% за счет числа команд, выполняемых за 1 такт.

Многопотоковая обработка:

Идея: Одно приложение не использует все ресурсы процессора, а значит незанятые ресурсы можно использовать для параллельного выполнения еще одного приложения.

В этом случае, ОС и приложения видят два логических процессора и могут распределить работу между ними, как в случае полноценной двухпроцессорной системы.

Использование многопоточности, обеспечиваются компиляторами поставляемыми вместе с микропроцессорами.

9. Технические и эксплуатационные характеристики эвм Производительность компьютера

Производительность определяется архитектурой процессора, иерархией внутренней и внешней памяти, пропускной способностью системного интерфейса, системой прерывания, и т. д.

Различают следующие виды производительности:

• Пиковая/предельная – это произв-ность процессора без учета времени обращения к оперативной памяти (ОП) за операндами;

• номинальная – производительность процессора с ОП;

• системная – произв-ность базовых технических и программных средств, входящих в комплект поставки ЭВМ;

• эксплуатационная – произв-ность на реальной рабочей нагрузке, формируемой в основном используемыми пакетами прикладных программ общего назначения.

Методы определения производительности разделяются на:

• расчетные, основанные на информации, получаемой теоретическим или эмпирическим путем;

• экспериментальные, основанные на информации, получаемой с использованием аппаратно-программных измерительных средств;

• имитационные, основанные на моделировании и применяемые для сложных ЭВМ.

Основные единицы оценки производительности:

• абсолютная, определяемая количеством элементарных работ, выполняемых в единицу времени;

• относительная, определяемая для оцениваемой ЭВМ относительно базовой в виде индекса производительности.

Для каждого вида производительности применяются следующие традиционные методы их определения.

Пиковая производительность (быстродействие) определяется средним числом команд типа «регистр-регистр», выполняемых в одну секунду без учета их статистического веса в выбранном классе задач.

Номинальная производительность (быстродействие) определяется средним числом команд, выполняемых подсистемой «процессор-память» с учетом их статистического веса в выбранном классе задач. Измеряется с помощью разработанных для них измерительных программ, реализующих соответствующую эталонную нагрузку.

Для данных типов произв-стей используются единицы измерения:

• MIPS – миллион команд в секунду;

• MFLOPS– миллион операций над числами с плавающей запятой в сек;

• GFLOPS– миллиард операций над числами с плавающей запятой в сек;

и пр.

Системная производительность измеряется с помощью синтезированных типовых (тестовых) оценочных программ, реализованных на унифицированных языках высокого уровня. Результаты оценки системной произв-ности ЭВМ конкретной архитектуры приводятся относительно базового образца, оформляются в виде сравнительных таблиц, двумерных графиков и трехмерных изображений.

Эксплуатационная производительность оценивается на основании использования данных о реальной рабочей нагрузке и функционировании ЭВМ при выполнении типовых производственных нагрузок в основных областях применения. Расчеты делаются на уровне типовых ППП текстообработки, систем управления базами данных, и т. д.

Процедура тестирования True Performance Initiative - процедура измерения реальной производительности. Методика TPI состоит в измерении эксплуатационной производительности в трех разделах: Productivity – программные приложения; Visual Computing – компьютерная визуализация; Gaming – компьютерные игры.