Параллельная обработка

Опубликовано в Архитектуры процессоров (истоки)

Параллельная обработка. Несмотря на существование различных архитектур процессоров, одной из самых привлекательных идей повышения наблюдаемой скорости обработки, при фиксированной элементной базе и тактовой частоте, была и остается идея параллельной обработки.

Отметим сразу, что для эффективности параллельной обработки необходимо, что бы число одновременно поступающих в систему задач было достаточно велико. Более точно это означает, что коэффициент загрузки системы должен быть близок к единице.

Параллельная обработка

В рамках этой идей предложено и реализовано много различных вариантов, обладающих разными характеристиками и имеющих различные области применения.

Мультипрограммирование (многозадачность)

Идея мультипрограммирования связана исторически прежде всего с совершенствованием операционных систем в направлении обеспечения «одновременного» выполнения на однопроцессорной ЭВМ потока разнородных задач. Исторически это было обусловлено большими ЭВМ второго и третьего поколений, работавших в основном в режиме пакетной обработки. Рассмотрим различные варианты обеспечения многозадачного режима:

Однопроцессорная параллельная обработка

Схемы обработки потока разнородных задач на ЭВМ с одним процессором различаются в зависимости от характера потока задач и принятых решений по организации ввода/вывода:

В ситуации, когда поток задач характеризуется превалирующими процессорными вычислениями (группа научно-технических задач), реальный параллелизм практически невозможен.

Псевдопараллельность в этом случае может быть обеспечена путем реализации операционной системой принципа управления задачами методом квантования времени. При этом каждая задача (программа) получает ресурс процессора на фиксированное время (квант), и после прерывания по интервальному таймеру операционная система передает управление следующей задаче, находящейся в оперативной памяти. Очевидно, что такой подход не приводит к наблюдаемому сокращению суммарного времени обработки.

Параллельная обработка

Многозадачность в режиме квантования времени

В ситуации, когда поток задач характеризуется как процессорной обработкой, так и значительным (по времени) вводом/выводом, и в ЭВМ реализована канальная архитектура, параллельность обработки обеспечивается совмещением во времени работы процессора и канала. Такая обработка пакета заданий носит название мультипрограммирования и существенно опирается на канальную архитектуру.

Совмещение во времени работы процессора и канала для двух программ иллюстрировано ниже.

Параллельная обработка

Мультипрограммирование в канальной архитектуре

Реально при наличии нескольких каналов ввода/вывода и эффективного потока задач может быть получено значительное сокращение наблюдаемого совокупного времени обработки пакета заданий по сравнению с суммой времен одиночного (вне пакета) выполнения задач.

0