Dieses Dokument beinhaltet die Ausarbeitung „Parallele Rechnerarchitekturen“ für das Seminar „Spezielle Probleme der Netzwerkorganisation und des Datenschutzes“.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt bei den parallelen Rechnerarchitekturen.
Es wird dabei auf die Besonderheiten der einzelnen Architekturen eingegangen und an einzelnen ausgewählten Beispielen näher erklärt.
Darüber hinaus wird auf die Besonderheit bei der Programmierung für parallele Rechnerarchitekturen eingegangen.
Abschließend wird ein kleiner Ausblick auf die nächste Generation gemacht, welches mit einem Fazit zu den parallelen Rechnerarchitekturen abgerundet wird.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Entwurfskriterien für Rechnerarchitekturen
1.2 Parallelrechner
2 Taxonomie paralleler Computer
2.1 Vorstellung der einzelnen Architekturen
2.2 Erweiterung der Flynn Taxonomie
3 Die Architektur des Speichersystems
4 Kommunikationsmodelle und Verbindungsnetze
4.1 MIMD Systeme im Detail
4.2 Verbindungsnetze
5 Vermittlung und Routing Algorithmen
5.1 Vermittlungsstrategien
5.2 Routing Algorithmus
6 Parallele Programmierung
6.1 Allgemeine Vorgehensweisen
6.2 Codeaufteilung
6.3 Datenaufteilung
6.4 Datenkommunikation
6.5 Fehlermöglichkeiten
7 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit befasst sich mit den Grundlagen, Architekturen und Herausforderungen von parallelen Rechnerarchitekturen, um ein tieferes Verständnis für deren Designkriterien, Kommunikationsmodelle sowie Programmieraspekte zu vermitteln.
- Klassifikation paralleler Computersysteme (Flynn-Taxonomie)
- Architekturformen des Speichers (SMPC, DMPC, VSM)
- Kommunikationsmodelle und Netzwerktopologien
- Strategien für parallele Programmierung
- Fehlermechanismen in parallelen Softwaresystemen
Auszug aus dem Buch
2.1.2 SIMD
Die Klasse der SIMD Rechner hat zwei wesentliche Vertreter. Das sind zum einen Vektor- und zum anderen Arrayprozessoren. Es werden mehrere Datensätze mit einem Befehl verarbeitet, z.B. N Prozessoren führen zu einem Zeitpunkt den gleichen Befehl aber mit unterschiedlichen Daten aus. SIMD Architekturen entsprechen den typischen Architekturen von Großrechnern bzw. Array-Prozessoren (z.B. Cray 1).
Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Befehlsstrom auf mehrere gleichzeitig eintreffende Datenströme schneller ausführen. Diese Verteilung eines Befehlsstroms an mehrere Einheiten wird Instruction Broadcasting genannt. Die Besonderheit liegt darin, dass es nur ein Leitwerk zur Befehlsentschlüsselung gibt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel motiviert den Einsatz paralleler Rechner zur Bewältigung komplexer Echtzeitprobleme und definiert grundlegende Entwurfskriterien.
2 Taxonomie paralleler Computer: Hier erfolgt die Kategorisierung von Rechnerarchitekturen, insbesondere durch die Flynn-Taxonomie und deren Erweiterungen.
3 Die Architektur des Speichersystems: Dieser Abschnitt beschreibt die Schwartz-Klassifikation und unterscheidet zwischen Rechnern mit gemeinsamem, verteiltem und virtuell gemeinsamem Speicher.
4 Kommunikationsmodelle und Verbindungsnetze: Kapitel 4 analysiert die Funktionsweise von MIMD-Systemen, Mehrprozessor- sowie Mehrrechnersystemen und beleuchtet die physikalischen Verbindungsnetze.
5 Vermittlung und Routing Algorithmen: Hier werden Strategien zur Datenvermittlung sowie Algorithmen für das Routing innerhalb von Verbindungsnetzen erörtert.
6 Parallele Programmierung: Dieses Kapitel befasst sich mit den methodischen Ansätzen zur Softwareentwicklung für parallele Systeme, inklusive Code-/Datenaufteilung und Fehlermöglichkeiten.
7 Zusammenfassung und Fazit: Das abschließende Kapitel fasst die Erkenntnisse über die Parallelitätskonzepte zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Technologien wie Quantencomputer.
Schlüsselwörter
Parallele Rechnerarchitekturen, Flynn-Taxonomie, SISD, SIMD, MISD, MIMD, Hochleistungsrechner, Verbindungsnetze, Speichersysteme, Parallele Programmierung, Routing-Algorithmen, Latenzzeit, Load Balancing, Fehlermöglichkeiten, Supercomputer
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit untersucht parallele Rechnerarchitekturen, ihre Klassifizierung und die damit verbundenen technischen Herausforderungen in Organisation und Programmierung.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die Systemtaxonomien, Speichermodelle (SMPC, DMPC), Kommunikationsstrukturen, Routing-Algorithmen und Methoden der parallelen Softwareentwicklung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, einen fundierten Überblick über Designkriterien, Verbindungsnetze und die besonderen Anforderungen an die Programmierung paralleler Systeme zu geben.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Arbeit, die auf Literaturanalyse und der strukturierten Untersuchung bestehender Konzepte und Klassifikationsmodelle basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung der Rechnerarchitekturen (Flynn, Schwartz), die Analyse von Kommunikationsmodellen, Vermittlungsstrategien, Routing und die explizite Problematik der parallelen Softwareerstellung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Hauptbegriffe sind Parallelität, Taxonomie, Hochleistungsrechner, Speicherkonzepte, Verbindungsnetze und parallele Algorithmen.
Was unterscheidet SIMD- von MIMD-Rechnern?
SIMD verarbeitet mehrere Datenströme mit einem einzigen Befehlsstrom (Datenparallelität), während MIMD mehrere Befehls- und Datenströme gleichzeitig verarbeitet (Prozessparallelität).
Warum ist die Wahl des Routing-Algorithmus wichtig?
Ein guter Algorithmus minimiert die Latenzzeit, verteilt die Last gleichmäßig und vermeidet Deadlocks (Verklemmungen) im Verbindungsnetzwerk.
- Citation du texte
- Ralf Kriese (Auteur), 2005, Parallele Rechnerarchitekturen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/83003
