Đồ Án Nghiên cứu hiệu năng của hệ lưu trữ song song

Lời nói đầu

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc về công nghệ chế tạo các bộ vi xử lý, các vi mạch điện tử, các thiết bị phần cứng cũng như công nghệ phần mềm thì các máy tính đã có những bước phát triển rất mạnh mẽ. Đặc biệt các hãng đã cho ra đời các thế hệ siêu máy tính với kỹ thuật xử lý song song có tốc độ cực nhanh đáp ứng tốt yêu cầu về tốc độ đối với mọi lớp bài toán. Tuy nhiên các siêu máy tính này với giá thành rất đắt mới chỉ xuất hiện ở các nước công nghiệp phát triển như Mỹ và Tây Âu trong các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ cao. Còn ở nước ta tuy không có điều kiện sử dụng các siêu máy tính này nhưng hoàn toàn có thể thiết kế các hệ xử lý chuyên dụng với kỹ thuật xử lý song song để giải quyết các lớp bài toán cụ thể.
Các siêu máy tính được thiết kế để phục vụ tất cả các lớp bài toán khác nhau, còn các hệ xử lý chuyên dụng của chúng ta chỉ phục vụ một số lớp bài toán cụ thể. Chính vì thế chúng ta có thể dễ dàng trong việc tái cấu trúc và tối ưu phần cứng, tiến tới tối giản phần mềm của hệ thống. Trong quá trình tối ưu phần cứng, chúng ta luôn mong muốn các bộ phận ngoại vi có thể làm việc bằng với tốc độ của các CPU (Central Processing Unit), hoặc làm việc với hiệu năng cao nhất có thể. Và một trong các bộ phận rất quan trọng mà các CPU thường xuyên thao tác nhưng lại có tốc độ chậm hơn nhiều so với tốc độ của các bộ vi xử lý đó chính là bộ nhớ. Chính vì vậy trong đồ án này tôi đã chọn nghiên cứu hiệu năng của cơ cấu lưu trữ trong các hệ xử lý song song để khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số hệ thống tới hiệu năng của bộ nhớ, làm cơ sở để tối ưu cấu trúc bộ nhớ của một hệ xử lý chuyên dụng nhằm đạt được hiệu quả cao nhất.
Đồ án gồm 3 chương:
Chương 1 : Tổng quan về hệ xử lý song song chuyên dụng
Chương 2 : Hiệu năng của bộ nhớ song song cho hệ đơn CPU
Chương 3 : Hiệu năng của bộ nhớ song song dùng chung
Đồ án giải quyết một số vấn đề khá phức tạp nên không tránh khỏi có những chỗ còn thiếu sót, kính mong sự đóng góp của các thày cô cùng các bạn để đồ án của tôi được hoàn thiện. Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Đỗ Xuân Tiến- chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật Xung- Số- Vi xử lý và các thày cô trong khoa Vô tuyến điện tử đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này.

MỤC LỤC

Lời nói đầu .01
1/ Chương 1: Tổng quan về hệ xử lý song song chuyên dụng 03

1. Kiến trúc của hệ xử lý song song .07
   1. Kiến trúc hệ xử lý theo cách thông thường- đơn chỉ thị

đơn dữ liệu (SISD) 04

1. Kiến trúc hệ xử lý đơn chỉ thị đa dữ liệu (SIMD) 05
2. Kiến trúc hệ xử lý đa chỉ thị đơn dữ liệu (MISD) 06
3. Kiến trúc hệ xử lý đa chỉ thị đa dữ liệu (MIMD) .07
4. Đặc trưng của các hệ xử lý song song chuyên dụng .08
   1. Hệ xử lý song song chuyên dụng dùng cho một lớp bài toán .09
   2. Hệ xử lý song song chuyên dụng cho phép tối giản cấu trúc

phần cứng 09

1. Hệ xử lý song song chuyên dụng có tốc độ và hiệu năng cao 10
2. Hệ xử lý song song chuyên dụng có độ tin cậy cao .12

2/ Chương 2: Hiệu năng của bộ nhớ song song cho hệ đơn CPU .13

1. Xây dựng mô hình tính toán thông lượng bộ nhớ 15
2. Xây dựng mô hình tính toán thông lượng bộ nhớ cho hàng lệnh 17
3. Xây dựng mô hình tính toán thông lượng bộ nhớ cho hàng dữ liệu .19

3/ Chương 3: Hiệu năng của bộ nhớ song song dùng chung 34

1. Băng logic 36
2. Mô hình ghi ngẫu nhiên .37
   1. Xác định đại lượng P 38
      1. Quá trình Poisson 39
      2. Xác định đại lượng P 41
   2. Xác định đại lượng E[SUB]P[/SUB] 45
   3. Xác định đại lượng E[SUB]l[/SUB] 49

3.3 Tổng hợp hiệu năng của cả hệ lưu trữ song song .55
Kết luận 58