Технология многоядерности центрального процессора

Появление многоядерных процессоров  даст мощный дополнительный толчок массовому  внедрению технологий виртуализации. Назовем некоторые из известных подходов[5]. ARINC-653 (Avionics Application Software Standard

Interface). Стандартный интерфейс, разработанный компанией ARINC в 1997 году, вводит концепцию изолированных разделов на основе универсального программного интерфейса APEX (Application/Executive) между операционной системой и прикладным программным обеспечением[5]. Требования интерфейса определены так, чтобы разрешить приложениям контролировать диспетчеризацию, связь и состояние внутренних обрабатываемых элементов.

В 2003 году принята новая  редакция ARINC-653, в которой введена  концепция изолированных виртуальных  машин, разделов  (рис. 3). Ее особенностью является жесткое и заранее определенное квантование времени между виртуальными машинами, а целью - обеспечение гарантий того, что не возникнут общие отказы системы. Стандарт ARINC-653 реализован для операционных систем реального времени LynxOS-178, VxWorks, Integrity, CsLeos и др.

 

Рис. 3 Реализация ARINC-653 в LynxOS-178

 

UML ОС Linux в пользовательском режиме -самый универсальный эмулятор, позволяющий создавать виртуальное оборудование, которого может и не быть на физическом компьютере. Это весьма удобно для тестирования конфигураций аппаратного обеспечения. UML состоит из набора заплат к ядру Linux, которые позволяют запускать другие

операционные системы  в консольных окнах, и каждый пользователь может независимо загружать сколько  угодно операционных и оконных систем, вплоть до X11. User-Mode Linux допускается применять для устройств с архитектурой IA-32 и PowerPC G5.

Программные среды виртуальных  машин. Наиболее популярными из них являются Microsoft Virtual PC и группа программных продуктов VMware. Система виртуальных машин позволяет запускать на компьютере сразу несколько разных операционных систем и переключаться с одной на другую без перезапуска компьютера. На компьютере, работающем под управлением основной (базовой) операционной системы, создаются один или несколько виртуальных компьютеров, на каждом из которых можно запустить "гостевую" ОС.

VMWare Workstation позволяет запустить несколько экземпляров Windows, Linux и NetWare. Реализованы полноценная поддержка сети, переносимость окружений и гибкий подход к работе с окружением. Проект Virtual PC изначально разрабатывала компания Connectix, но в начале 2003 года его купила корпорация Microsoft. К сожалению, после этого Virtual PC лишился поддержки "гостевых" Unix-подобных систем (в том числе, Linux) и был полностью ориентирован на установку Windows-cистем на других платформах.

Технология виртуализации  Intel. VT, компонент многоядерной технологии поддержки виртуализации на аппаратном уровне [3], обеспечивает поддержку виртуальных машин на уровне процессора с помощью нового режима VMX (Virtual Machine Extensions) и десяти команд vmptrld, vmptrst, vmclear, vmread, vmwrite, vmcall, vmlauch, vmresume, vmxoff и vmxon. При этом повышаются как надежность и производительность работы приложений, так и уровень общей безопасности.

Архитектура VT поддерживает два класса ПО: монитор виртуальной  машины VMM и "гостевое" программное  обеспечение. Используются два режима работы root operation и non-root operation. Как правило, VMM

работает в первом режиме, а "гостевые" программы во втором. Поддержку технологии виртуализации  Intel намерены организовать такие производители операционных систем, как RedHat, SuSe и MontaVista. Она будет обеспечена и в других программных средствах виртуализации, например в Vmware.Появление многоядерных процессоров вызвало опасения, что пользователям придется платить гораздо больше (пропорционально числу ядер) за лицензии на программное обеспечение. В частности, до недавнего времени такую позицию занимала корпорация Oracle. Недавно произошли позитивные изменения: стоимость лицензий на продукты Oracle для многоядерных процессоров AMD и Intel начали рассчитывать путем умножения числа ядер на коэффициент 0,5, для микропроцессоров UltraSPARC T1 на 0,25, а для многоядерных процессоров других производителей (в том числе, IBM) на 0,75. При лицензировании своих программных продуктов IBM считает двухъядерные процессоры AMD и Intel одним процессором, но продолжает рассматривать каждое ядро процессоров POWER как отдельный процессор. Понимая сложность задач массового перехода на многоядерные решения, основные поставщики аппаратных и программных средств организовали ассоциацию Multicore .Ее цель - создание промышленных стандартов для многоядерных систем. Сейчас Multicore работает над четырьмя самостоятельными, но взаимосвязанными стандартами: Resource Management (RAPI), Communication API (CAPI), Debug API и Transparent interprocess communication (TIPC). В рабочих встречах принимают участие представители компаний Xilinx, Express Logic, Wind River, Freescale, ARC, MIPS Technologies, Synopsys и PolyCore Software.

Несомненно, распространение  многоядерных процессоров будет  зависеть от реализации соответствующего программного обеспечения. Если она  окажется эффективной, существенно  вырастет инсталляционная база многоядерных систем.

 

4 Перспективы развития многоядерных архитектур процессоров

В корпорации Intel уже говорят не о «Мультиядерности» (Multi-Core) процессоров, как это делается в отношении 2-, 4-, 8-, 16- или даже 32-ядерных решений, а о «Многоядерности» (Many-Core), говоря о размещении сотнях ядер на одном киристале.

Структура такого Many-Core-чипа подразумевает работу с тем же набором инструкций, но с помощью  мощного центрального ядра или нескольких мощных CPU, «окруженных» множеством вспомогательных  ядер, что поможет более эффективно обрабатывать сложные мультимедийные приложения в многопоточном режиме. Кроме ядер «общего назначения», процессоры Intel будут обладать также специализированными ядрами для выполнения различных классов задач – таких, как графика, алгоритмы распознавания речи, обработка коммуникационных протоколов.

Именно такую архитектуру  представил Джастин Раттнер (Justin R. Rattner), руководитель сектора Corporate Technology Group Intel, на пресс-конференции в Токио. По его словам, таких вспомогательных ядер в новом многоядерном процессоре может насчитываться несколько дюжин. В отличие от ориентации на большие, энергоемкие вычислительные ядра с большой теплоотдачей, многоядерные кристаллы Intel будут активизировать только те ядра, которые необходимы для выполнения текущей задачи, тогда как остальные ядра будут отключены. Это позволит кристаллу потреблять ровно столько электроэнергии, сколько нужно в данный момент времени. В июле 2008 г. Корпорация Intel сообщила, что рассматривает возможность интеграции в один процессор нескольких десятков и даже тысяч вычислительных ядер. Ведущий инженер компании Энвар Галум (Anwar Ghuloum) написал в своем блоге: «В конечном счете, я рекомендую воспользоваться следующим моим советом… разработчики уже сейчас должны начать думать о десятках, сотнях и тысячах ядер». По его словам, в настоящий момент Intel изучает технологии, которые смогли бы масштабировать вычисления «на то количество ядер, которые мы пока не продаем».

По мнению Галума, в конечном счете успех многоядерных систем будет зависеть от разработчиков, которым, вероятно, придется изменить языки программирования и переписать все существующие библиотеки.

Преимущества многоядерности (или параллелизма) описаны в статье «Платформа 2015: развитие процессоров и платформ Intel® в ближайшие 10 лет». Авторы статьи сообщают, что Intel в течение нескольких следующих лет планирует выпустить процессоры, которые будут содержать множество ядер – в некоторых случаях сотни. По словам специалистов, архитектура с поддержкой многопроцессорной обработки на уровне кристалла (CMP – Chip-level multiprocessing – многопроцессорная обработка на уровне кристалла) является будущим микропроцессоров, так как «позволяет достичь высокой производительности и в то же время обеспечить эффективное управление питанием и эффективный режим охлаждения».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В этой курсовой работе рассмотрено  архитектуру многоядерных вычислительных комплексов, их преимущества и недостатки и особенности их проектирования.

Но для эффективного использования  многоядерных систем необходимо распараллеливать процессы, а значить на рынке должны присутствовать приложения поддерживающие многопоточность. Для достижения высокой производительности очень важно, что бы в многопоточность поддерживалась, а уровне операционной системы. Я рассмотрел особенности отладки средств поддерживающих многопоточность.

Также при проектировании многоядерных вычислительных комплексов важно помнить, что многоядерные процессоры выделяют много тепла  и нуждаются в более мощном охлаждении .

Одной из проблем является лицензирование продуктов из за цены, но на сегодняшний день это уже не вызывает столько опасений.

Еще одной рассмотренной  проблемой является переход с  одноядерных систем на многоядерные, вследствие чего появилась ассоциация Multicore.

Подводя итоги, хочу подчеркнуть, что многоядерные архитектуры плотно вошли в нашу жизнь и в дальнейшем будут развиваться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1 Флорес А., Организация вычислительных машин, пер. с англ., М., 1972; Каган Б. М., Каневский М. М., Цифровые вычислительные машины и системы, 2-е изд., М., 1973;

2 Справочник по цифровой  вычислительной технике, под ред.  Б. Н. Малиновского, К., 1974.

3 Григорьев В. Л. «Микропроцессор i80486». - М.: БИНОМ, 2003 277 с.

4 Статья Сергея Золотарева, Алексей Рыбакова: «Програмное обеспечение многоядерных систем»

5 Басманов А. С. «МП и ОЭВМ». - М.: «Мир», 2002 321с.

6 Статья А.В. Калачёв  «Многоядерные процессоры» (Интернет университет информационных технологий www. intuit.ru)