Кўп процессорли ҳисоблаш тизимларида коммуникация схемаларининг характеристикаларини аниқлаш методлари

Кўп процессорли ҳисоблаш тизимлар параллел ҳисобларни ташкил қилишда параллел бажариладиган жараёнларнинг ўзаро таъсири, синхронлаш ва бир-бирини чеклашини ташкил қилиш учун ҳисоблаш соҳасининг процессорлари ўртасида маълумотлар юборилишидан фойдаланилади. Алоқа линиялари бўйлаб маълумотларни юборишдаги вақтда ушланишлар сезиларли бўлиши мумкин (процессорларнинг тез ишлаши билан таққослаганда) ва бунинг натижасида алгоритмнинг коммуникацион мураккаблиги масалани ечишнинг параллел усулларини танлашга сезиларли таъсир кўрсатади.

Ҳисоблаш тизимининг процессорлари ўртасидаги коммутация линияларининг тузилиши (маълумотлар юбориш тармоғининг топологияси) қоидага кўра, эффектли техник амалга ошириш имкониятларини ҳисобга олган ҳолда аниқланади; тармоқ тузилишини танлашда энг кўп тарқалган ҳисоблаш вазифаларини параллел ечишда ахборот оқимларининг интенсивлигини таҳлил қилиш ҳам муҳим рол ўйнайди. Бундай топологиялар қаторига одатда процессорлар коммуникациясининг қуйидаги схемаларини киритишади (1-расм):

 тўлиқ граф (completely-connected graph or clique) – процессорларнинг ҳар қандай жуфти орасида тўғридан-тўғри алоқа линияси мавжуд бўлган тизим; натижа сифатида бу топология маълумотларни юборишда минимал сарфларни таъминлайди, лекин процессорларнинг катта сонида амалга оширилиши мураккаб ҳисобланади;

 чизиқли (linear array or farm) – ҳар бир процессор фақат икки қўшни процессорлар билан алоқа линиясига эга (олдинги ва кейинг) тизим; бундай схема бир томондан, амалга оширилиши осон ҳисобланади, бошқа томондан, кўпгина ҳисоблаш вазифаларини ечишда маълумотлар юбориш тузилишига мос келади (масалан, конвеери ҳисоблашларни амалга оширишда);

 ҳалқа (ring) – ушбу топология чизиқли процессорларнинг биринчи ва сўнги процессорларини улашдан ҳосил бўлади;

 юлдуз (star) – барча процессорлар қандайдир бошқарувчи процессор билан алоқа линиясига эга тизим; ушбу топология эффектли ҳисобланади, масалан, параллел ҳисоблашларнинг марказлашган схемаларини ташкил қилишда;

 панжара (mesh) – алоқа линияларининг графи тўғри бурчакли панжарани ҳосил қиладиган тизим (одатда икки ёки уч ўлчамли); бундай топология етарлича осон амалга оширилиши ва бундан ташқари, кўп сонли алгоритмларни параллел бажаришда эффектли ишлатилиши мумкин (масалан, хусусий ҳосилаларнинг дифференциал тенгламалари билан таърифланадиган, математик моделларни таҳлил қилиш методларини амалга оширишда);

 гиперкуб (hypercube) – ушбу топология панжара тузилишининг хусусий ҳолатини намоён этади, бунда панжаранинг ҳар бир ўлчамида фақат икки процессор бўлади (яъни гиперкуб N ўлчамда 2N процессорларга эга);

Масалани кўриб чиқишда маълумотларни юбориш линиясининг схемаси аппарат даражада амалга оширилиши мумкин, ёки мос келувчи дастурий таъминот ёрдамида мавжуд жисмоний топология асосида таъминланиши мумкинлигини ҳисобга олиш керак. Виртуал топологияларнинг киритилиши (дастурий-амалга ошириладиган) ишлаб чиқилаётган параллел дастурлар мобиллигига шароит яратади ва дастурлашга ҳаражатларни камайтиради.

Маълумотларнинг ўта катта ҳажмини визуал таҳлил қилиш тизими алоҳида узатгич ёки кесимлар билан чекланмасдан, компютерда моделлаштирилаётган жараённинг тўлиқ кўринишини кузатиш имконини беради. Бу тизимда олиб борилаётган жараённинг ривожланиш динамикасини кузатиш имконини беради, бу тадқиқотларнинг кўп босқичларида жуда муҳим. Юқоридагиларни инобатга олган ҳолда визуал таҳлил маълумотларни қайта ишлашда ўринли еканлигини кўришимиз мумкин (2-расм).

1-расм. Кўп процессорли ҳисоблаш тизимларининг топологияларига мисоллар

2-расм. Визуал кўриниш учун тўпланган маълумотлар устида ҳосил бўлган кетма-кетлик.

Хулоса. Ушбу мақола бўйича ишларнинг таҳлили сонли моделлаштириш пакетларининг ишлаб чиқилган параллел кўринишлари ва визуаллаштириш тизими илмий ва муҳандислик тадқиқотларини ўтказишни сезиларли даражада осонлаштириш ва тезлаштириш имконини беришини кўрсатади. Сонли моделлаштиришга асосланган ёндашув энг ахборотли, катта жамоалар ва алоҳида муҳандис ва олимлар учун фойдаланишга очиқ, турли маҳсулотларни ишлаб чиқиш, синовдан ўтказиш ва ишлаб чиқаришда тўғридан-тўғри иқтисодий эффект олиш имконини беради.

Фойдаланилган адабиётлар:

1. Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. – СПб: «БХВ-Петербург», 2012. – 608 б.
2. Богачев К.Ю. Основы параллельного программирования. – М.: «БИНОМ. Лаборатория знаний», 2013. – 342 б.
3. Малышкин В.Э. Основы параллельных вычислений: Учебное пособие. Часть 2. – Новосибирск: ЦИТ СГГА, 2012. – 264 с.