دانلود مقاله در مورد پردازش موازی

دانلود آرتیکل (سایت دانلود مقالات علمی)
دانلود آرتیکل (سایت دانلود مقالات علمی) – دانلود مقالات و تحقیقات کلیه مقاطع تحصیلی از بزرگترین و کامل ترین سایت دانلود مقاله

دانلود مقاله پردازش موازی از سری مقالات کامپیوتری با ۸۲ صفحه و فرمت اجرایی Word

حوزه پردازش موازی با روش های الگوریتمی و معمارانه برای ارتقای کارایی یا سایر خصیصه های کامپیوتر های دیجیتال (مثل اثربخشی هزینه و قابلیت اطمینان) از طریق شکل های مختلف همروندی سروکار دارد.

گرچه محاسبات همروند در اوایل ظهور کامپیوترهای دیجیتال مطرح بود، ولی اخیراً به صورتی (و در مقیاسی) به کار گرفته شد که منجر به کارایی بهتر، یا اثربخشی بیشتر هزینه، در مقایسه با سوپر کامپیوترهای برداری شد.

همچون سایر حوزه های فناوری / علوم، مطالعه الگوریتم ها و معماری های موازی نیاز به انگیزه (تصویر بزرگی برای نشان دادن روابط بین مسئله ها و رویکردهای گوناگون برای حل آن ها) و مدل های مقایسه، اتصال و ارزیابی ایده های جدید دارد.

این مقاله که اکنون شما در حال مطالعه آن در سایت دانلود آرتیکل هستید، از ۲ فصل تشکیل شده است که در اینجا مطالب مهمی که در این مقاله آمده است را به صورت خلاصه ذکر می کنیم. در فصل اول شما با واژه پردازش موزای آشنایی پیدا می کنید. در فصل دوم سیستم های پردازش موازی گذرگاهی MIMD مورد بررسی قرار گرفته شده است.

چرا پردازش موازی؟

نیاز به کارایی بالاتر کامپیوترهای دیجیتال پایان ناپذیر به نظر می رسد. در چند دهه گذشته، کارایی ریزپردازنده ها از رشد نمایی بهره برد. رشد کارایی و سرعت ریزپردازنده ها با ضریب ۲ در هر ۱۸ ماه (یا در حدود ۶۰ درصد در هر سال) قانون مور خوانده می شود، این رشد ناشی از ترکیب دو عامل است :

  1. افزایش پیچیدگی (مرتبط با چگالی بالاتر دستگاه و اندازه بزرگ تر) تراشه های VLSI که موجب گنجاندن ۱۰ M ترانزیستور در هر تراشه ریزپردازنده ها و ۱ B برای حافظه های پویای با دستیابی تصادفی (DRAM) تا سال ۲۰۰۰ شد.
  2. معرفی و بهبود ویژگی های معمارانه مثل حافظه های پنهان روی تراشه، میانگیرهای بزرگ دستورالعمل، صدور چندین دستورالعمل در هر چرخه، چند نخی، خطوط لوله عمیق، اجرای دستورات خارج از ترتیب و پیش بینی انشعاب ها.

قانون مور ابتدا در سال ۱۹۶۵ بر اساس دو برابر شدن پیچیدگی تراشه در هر سال (که بعداً به ۱۸ ماه تبدیل شد) تدوین شد که مبتنی بر تعداد اندکی از نقاط داده بود. پیشگویی بازبینی شده مور تقریباً به طور کامل با افزایش های واقعی در تعداد تراکنش ها در تراشه های ریزپردازنده و DRAM مطابقت دارد.

به نظر می رسد که قانون مور صرف نظر از چگونگی اندازه گیری کارایی پردازنده برقرار باشد، مثل شمارش تعداد دستورات اجرا شده در هر ثانیه (IPS)، شمارش تعداد اعمال ممیز شناور در هر ثانیه (FLOPS)، یا استفاده از مجموعه محک های حرفه ای که سعی می کنند کارایی پردازنده را در کاربردهای واقعی اندازه گیری کنند. علتش این است که تمام این معیارها، گرچه به لحاظ عددی فرق می کنند، ولی تقریباً با نرخ یکسانی افزایش می یابند.

آشنایی بیشتر با پردازش موازی

آشنایی بیشتر با پردازش موازی

انگیزه موازی سازی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

  1. سرعت بالاتر، یا حل سریع تر مسئله ها. این موضوع وقتی مهم است که کاربردها مهلت های سخت یا نرم داشته باشند. به عنوان مثال، برای پیش بینی هوای ۲۴ ساعت یا برای تولید اخطارهای وقوع طوفان فقط چند ساعت زمان برای انجام محاسبات داریم.
  2. گذردهی بالاتر، یا حل نمونه های بیشتری از مسئله های داده شده. این موضوع وقتی مهم است که چندین کار مشابه باید انجام شوند. به عنوان مثال، بانک ها و شرکت های هواپیمایی از سیستم های پردازش تراکنش استفاده می نمایند که حجم زیادی از داده ها را اداره می کنند.
  3. قدرت محاسباتی بیشتر، یا حل مسدله های بزرگ تر. این موضوع به ما اجازه می دهد از مدل هایی با جزئیات بیشترر و در نتیجه دقیق تر استفاده کنیم یا شبیه سازی هایی را به مدت طولانی (مثلاً ۵ روز در مقابل پیش بینی ۲۴ ساعته هوا) اجرا کنیم.

فراز و نشیب های پردازش موازی

تاریخچه پردازش موازی فراز و نشیب های خاص خودش را داشت که یک دوره ۲۰ ساله طول کشید. تمایل جدی به پردازش موازی از دهه ۱۹۶۰ شروع شد. «ILLIAC IV» که در دانشگاه ایلنیوی طراحی شد و بعداً در شرکت باروز ساخته شد، اولین کامپیوتر موازی بزرگی بود که ساخته شده است؛ معماری مِش دو بعدی آن با واحد کنترل مشترک برای تمام پردازنده ها، بر اساس نظریه هایی بود که در اواخر دهه ۱۹۵۰ توسعه یافت. هدفش این بود که به ۲۵۶ پردازنده مجهز شود (چهار ربع از هر ۶۴ پردازنده). سرانجام فقط یک ربع ۶۴ پردازنده ای ساخته شد، اما نشان داد که می توان کامپیوتر هایی با ویژگی موازی بالا را ساخت و برخی دشواری های استفاده از آن ها را برملا کرد.

تمایل به استفاده از پردازش موازی در تجارت، در دهه ۱۹۸۰ دوباره اوج گرفت. به کمک قرارداد هایی از موسسات دفاعی و آژانس های فدرال دیگر در آمریکا، شرکت های زیادی برای توسعه سیستم های موازی ایجاد شدند. فروشندگان کامپیوتر در آن زمان نیز بخش های پردازش موازی خود را آغاز کردند یا توسعه دادند. اما سه عامل موجب ایجاد وقفه شد :

  1. بودجه دولتی در آمریکا و سایر کشورها کاهش یافت که تا حدی مرتبط با پایان جنگ سرد بین متحدان ناتو و بلوک شوروی بود.
  2. کاربران تجاری در بانکداری و سایر صنایع متکی به داده ها، یا اشباع شدند یا به دلیل مشکلات ناامید شدند.
  3. ریزپردازنده ها با سرعت و با نسبت کارایی و هزینه خوبی توسعه یافتند، در حالی که ماشین های موازی که به طور ویژه ساخته شده اند به لحاظ اثربخشی هزینه، عقب مانده اند.

بسیاری از شرکت های جدید ورشکست شدند یا به توسعه نرم افزار برای کاربردهای توزیع شده (خوشه ایستگاه کاری) پرداختند.

بر اثر رشد اینترنت و تامین کنندگان اطلاعات مرتبط با آن، سومین تجدید حیات معماری های موازی قریب الوقوع است. ممکن است نیاز به ماشین های متمرکز با کارایی بالا باشد تا نیازهای دسترسی و پردازش اطلاعات برخی از این تامین کنندگان برآورده شود.

انواع موازی سازی : طبقه بندی

کامپیوتر های موازی را می توان به دو طبقه اصلی جریان کنترل و جریان داده تقسیم کرد. کامپیوترهای موازی با جریان کنترل اساساً مبتنی بر اصولی مشابه با کامپیوتر موازی یا وان نویمن است. کامپیوترهای موازی با جریان داده که گاهی غیر وان نویمن خوانده می شوند، کاملا متفاوت اند، زیرا فاقد اشاره گر فعال به دستورات یا مکان کنترل است. کنترل کاملاً توزیع شده است. به طوری که عملوندهای آغازکننده فعالیت دستورالعمل در دسترس هستند.

در سال ۱۹۹۶، ام. جی. فلین کامپیوترها را بر اساس مفاهیم جریان های دستور و جریان های داده به چهار دسته تقسیم کرد. دسته بندی فلین به یک استاندارد تبدیل شد و به طور گسترده استفاده می شود.

تحقیق درباره پردازش موازی

تحقیق درباره پردازش موازی

فلین آن ها را SISD (sis-dee)، SIMD (sim-dee)، MISD (mis-dee) و MIMD (min-dee) نام گذاری کرد که مبتنی بر تعداد جریان های دستور (یک یا چند دستور) و جریان های داده (یک یا چند داده) است.

دسته SISD ماشین های تک پردازنده معمولی را نشان می دهد. کامپیوترها در دسته SIMD، چندین پردازنده دارند که دستورات صادر شده از یک واحد کنترل مرکزی، آن ها را هدایت می کند که گاهی به صورت آرایه پردازنده ها مشخص می شوند. ماشین ها در دسته MISD کاربرد گسترده ای ندارند، اما می توان آن را به عنوان تعمیم خطور لوله در نظر گرفت که در آن ها هر مرحله یک عمل نسبتاً پیچیده را اجرا می کند.

دسته MIMD شامل طبقه گسترده ای از کامپیوتر ها است. به همین دلیل در سال ۱۹۸۸، ایی. ایی. جانسون دسته بندی بیشتری از این ماشین ها را بر اساس ساختار حافظه آن ها و راهکار استفاده شده برای ارتباطات و همگام سازی پیشنهاد کرد.

موانع پردازش موازی

طی سال ها، اشتیاق و جدیت طراحان کامپیوتر موازی و پژوهشگران، تحت تاثیر بسیار از اعترضات و اظهارات احتیاطی بودند که مهم ترین آن ها در این بخش بررسی شده اند. لیستی که در ادامه می آید از اعتراضات کم اهمیت تر، یا منسوخ شروع می شود و به قانون امدال خاتمه می یابد که احتمالاً مهم ترین چالش پیش روی کاربران و طراحان کامپیوتر های موازی است.

  1. قانون گروش (صرفه به مقیاس یا قدرت محاسباتی متناسب با مربع هزینه است). اگر این قانون برقرار باشد، سرمایه گذاری برای p پردازنده معقول نیست، زیرا کارایی یک کامپیوتر با همان هزینه کل، نسبت به یکی از این پردازنده ها p2 برابر است. در روزهای آغازین پردازش موازی، این قانون در مقابل اثربخشی هزینه ماشین های موازی مطرح شد. اما، اکنون می توان این قانون را کنار گذاشت، زیرا به ازای هر دلار می توان قدرت محاسباتی MFLOPS بیشتری خریداری کرد، به طوری که به جای پرداخت برای سوپرها، برای میکرو ها پرداخت کنیم.
  2. حدس مینسکی (تسریع متناسب با لگاریتم تعداد پردازنده ها یعنی p است). این حدس ریشه در تحلیل برخوردهای دسترسی به داده ها با فرض توزیع تصادفی آدرس ها دارد. این برخوردها همه چیز را آنقدر کند می کند که چهار برابر تعداد پردازنده ها کارایی را فقط دو برابر می کند. با این وجود، الگوهای دسترسی هب داده ها در کاربردهای عملی، تصادفی نیست، اغلب کاربردها به حجم زیادی از داده ها به طور منظم و محلی دسترسی دارند که به بهبود کارایی کمک می کند.
  3. مشکل فناوری IC (از آن جایی که سرعت سخت افزار در هر ۵ سال ده برابر می شود، زمانی که یک ماشین موازی با کارایی ۱۰ برابر طراحی و پیاده سازی شود، تک پردازنده ها نیز به همان نسبت سریع می شوند). ممکن است این اعتراض برای برخی سیستم های خاص منظوره ای معتبر باشد که باید از اول با فناوری قدیمی ساخته شوند. تجربه های اخیر در طراحی ماشین مجازی نشان داد که مولفه های موجود می تواند در ساخت کامپیوتر های موازی انبوه به کار روند. اگر طراحی پردازنده موازی طوری باشد که ریزپردازنده های سریع تر بتوانند در صورت تهیه شدن به آن وصل شوند، آن ها نیز از پیشرفت ها در فناوری IC سود می برند.
  4. مشکل سوپر کامپیوتر های برداری (کارایی سوپر کامپیوتر های برداری که توسط Cray، Fujitsu و شرکت های دیگر ساخته شد، به سرعت در حال بهبود است و مدل برنامه سازی آشنا و کامپایلرهای برداری هوشمند را اراده می دهند؛ چرا با پردازش موازی اذیت شویم؟). علاوه بر این، تمام کاربردهای با حجم محاسبات زیاد، با بردارها و ماتریس ها سروکار ندارند.
۴۰۰۰ تومان – خرید پرداخت


دانلود مقاله در مورد پردازش موازی
majid

Powered by WPeMatico