Επόμενο: 3.2 Κρυφή Μνήμη Πάνω: Κεφάλαιο 3ο :Αρχιτεκτονική συστημάτων διαμοιραζόμενης μνήμης. Πίσω:Κεφάλαιο 3ο :Αρχιτεκτονική συστημάτων διαμοιραζόμενης μνήμης.

3.1 Συστήματα βασιζόμενα σε διαύλους

Σε ένα υπολογιστικό σύστημα με έναν επεξεργαστή, είναι σημαντικό η ταχύτητα μνήμης να ταιριάζει με την ταχύτητα του επεξεργαστή. Μια αργή μνήμη θα έχει σαν αποτέλεσμα ο επεξεργαστής να ξοδεύει τον περισσότερο χρόνο του περιμένοντας, έτσι ώστε να μειώνεται η απόδοση του συστήματος. Για να βελτιωθεί η μέση απόδοση της μνήμης, χρησιμοποιούνται διάφοροι ιδιαίτεροι μηχανισμοί, όπως η κρυφή μνήμη και οι καταχωρητές της CPU, οι οποίοι χρησιμοποιούν το πλεονέκτημα της τοπικότητας στην πρόσβαση μνήμης, ώστε να μειώσουν το μέσο χρόνο προσπέλασης στη μνήμη. Όμοια, στα παράλληλα συστήματα, η ταχύτητα μνήμης πρέπει να ισορροπεί με την ταχύτητα των επεξεργαστών, για να αποφευχθούν οι καθυστερήσεις που οφείλονται στην πρόσβαση μνήμης. Στα συστήματα διαμοιραζόμενης μνήμης, αυτό το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα έντονο, από τη στιγμή που όλοι οι επεξεργαστές χρησιμοποιούν την ίδια καθολικά διαμοιραζόμενη μνήμη. Αν πολλοί επεξεργαστές προσπελαύνουν την διαμοιραζόμενοι μνήμη ταυτόχρονα, μπορεί να αντιμετωπίσουν καθυστερήσεις. Όταν αυτές οι καθυστερήσεις γίνουν υπερβολικές, αναφέρεται σαν ανταγωνισμός πρόσβασης στη μνήμη.

Ο ανταγωνισμός πρόσβασης στη μνήμη εξαρτάται από την συγκεκριμένη αρχιτεκτονική μνήμης του συστήματος και από τα πρότυπα της πρόσβασης μνήμης του προγράμματος που εκτελείται. Το ίδιο πρόγραμμα μπορεί να έχει πρόβλημα ανταγωνισμού πρόσβασης στη μνήμη σε μερικά συστήματα ενώ σε άλλα όχι. Όμως, υπάρχουν ορισμένα στοιχεία που μπορούν να προκαλέσουν ανταγωνισμό πρόσβασης στη μνήμη σε οποιοδήποτε σύστημα διαμοιραζόμενης μνήμης. Αυτά τα στοιχεία πρέπει οπωσδήποτε να αποφευχθούν. Το κεφάλαιο αυτό δίνει μια περίληψη των γενικών αιτίων που προκαλούν ανταγωνισμό πρόσβασης στη μνήμη και των ποικίλων αρχιτεκτονικών γνωρισμάτων που επηρεάζουν αυτόν τον ανταγωνισμό. Στη συνέχεια συζητείται η επίδραση συγκεκριμένων κατηγοριών παράλληλων αλγορίθμων σε αυτό τον ανταγωνισμό.

Θυμηθείτε από το κεφάλαιο 1, ότι η βασική αρχιτεκτονική ενός υπολογιστικού συστήματος με ενός επεξεργαστή αποτελείται από τον επεξεργαστή και τη μνήμη με ένα δίαυλο που τα συνδέει. Ο δίαυλος είναι το μονοπάτι ροής των δεδομένων ανάμεσα στον επεξεργαστή και την μνήμη. Αυτή η αρχιτεκτονική διαύλου μπορεί να επεκταθεί έτσι ώστε να χειρίζεται πολλαπλούς επεξεργαστές, όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 1.1. Ο μοναδικός, κοινός δίαυλος διαμοιράζεται σε όλους τους επεξεργαστές και χρησιμοποιείται για την πρόσβαση στο μοναδικό τμήμα διαμοιραζόμενης μνήμης. Ο δίαυλος και η μνήμη μπορούν να εξυπηρετήσουν μόνο μια αίτηση κάθε στιγμή. Για την προσπέλαση οποιασδήποτε θέσης μνήμης, ο επεξεργαστής πρέπει να χρησιμοποιεί αποκλειστικά τον δίαυλο για μικρό χρονικό διάστημα. Έτσι, η μέγιστη ταχύτητα του διαύλου ή το εύρος ζώνης του διαύλου, θα ελαχιστοποιήσει τον αριθμό των επεξεργαστών που μπορούν αποδοτικά να χρησιμοποιούν την διαμοιραζόμενη μνήμη. Για παράδειγμα, εάν το εύρος του διαύλου είναι 50 MHz, και o μέσος ρυθμός προσπέλασης του επεξεργαστή στη μνήμη είναι 5 MHz, τότε ο δίαυλος θα κορεστεί στους 10 επεξεργαστές. Ακόμα και σε ένα καλά ισορροπημένο σύστημα, όπου το εύρος ζώνης του διαύλου υπερβαίνει το μέσο ρυθμό προσπέλασης του επεξεργαστή στη μνήμη, υπάρχει πιθανότητα ανταγωνισμού πρόσβασης στη μνήμη κατά τη διάρκεια αιχμών ζήτησης δηλαδή μεγάλου αριθμού αιτήσεων πρόσβασης στη μνήμη από πολλούς επεξεργαστές, την ίδια στιγμή.

Οι δίαυλοι λειτουργούν με ηλεκτρισμό και επομένως υψηλή ταχύτητα διαύλων απαιτεί γρήγορες αλλαγές της τάσης. Υπάρχουν φυσικοί περιορισμοί στην ταχύτητα που τα υλικά μπορούν να αλλάζουν την τάση και το ρεύμα τους. Αυτοί οι περιορισμοί θέτουν περιορισμούς στην μέγιστη ταχύτητα του διαύλου. Όσο περισσότεροι επεξεργαστές προστίθενται στο δίαυλο, τόσο περισσότερη ηλεκτρική ισχύς απαιτείται, που επίσης αυξάνει τον χρόνο μεταγωγής στα διάφορα εξαρτήματα. Μια τεχνική που βοηθάει στην αύξηση της μέγιστης ταχύτητας είναι η δημιουργία μικρών διαύλων, επειδή οι τάσεις και τα ρεύματα μπορούν να αλλάζουν πιο γρήγορα για μικρές αποστάσεις. Τα σύγχρονα εμπορικά συστήματα διαμοιραζόμενης μνήμης που είναι βασισμένοι σε διαύλους, περιορίζονται συνήθως σε 20-30 επεξεργαστές, εξαιτίας των περιορισμών στην ταχύτητα του διαύλου. Αυτοί μπορεί ίσως στο μέλλον να αυξηθούν σε 50-100 επεξεργαστές, αλλά είναι απίθανο να αυξηθούν παραπάνω, έως ότου υπάρξουν ορισμένες καινούργιες ανακαλύψεις στην τεχνολογία των διαύλων.

Επόμενο:3.2 Κρυφή Μνήμη Πάνω:Κεφάλαιο 3ο : Αρχιτεκτονική συστημάτων διαμοιραζόμενης μνήμης. Πίσω:Κεφάλαιο 3ο : Αρχιτεκτονική συστημάτων διαμοιραζόμενης μνήμης.