К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени
Ускорение вычислений в системах зависит от числа параллельно работающих процессоров. Рассматривается реальная оценка скоростных параметров в проектируемых системах реального времени при параллелизации вычислений. Прискорення обчислень у системах залежить вiд кiлькостi процесорiв, що працюють паралел...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85797 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени / И.Г. Мороз-Подворчан // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 7. — С. 53–56. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859815982189510656 |
|---|---|
| author | Мороз-Подворчан, И.Г. |
| author_facet | Мороз-Подворчан, И.Г. |
| citation_txt | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени / И.Г. Мороз-Подворчан // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 7. — С. 53–56. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Ускорение вычислений в системах зависит от числа параллельно работающих процессоров. Рассматривается реальная оценка скоростных параметров в проектируемых системах реального времени при параллелизации вычислений.
Прискорення обчислень у системах залежить вiд кiлькостi процесорiв, що працюють паралельно. Розглядається реальна оцiнка швидкiсних параметрiв у проектованих системах реального часу при паралелiзацiї обчислень.
The acceleration of calculations in computer systems depends on the number of parallel processors.
The real estimation of speed-parameters in designed computer systems under the calculation parallelism is considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:22:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 519.8.3
И.Г. Мороз-Подворчан
К вопросу о реальной эффективности параллельных
вычислений в проектируемых системах реального
времени
(Представлено академиком НАН Украины В.И. Скурихиным)
Ускорение вычислений в системах зависит от числа параллельно работающих процессо-
ров. Рассматривается реальная оценка скоростных параметров в проектируемых сис-
темах реального времени при параллелизации вычислений.
К технической основе разносторонней информатизации относятся разнообразные средства
вычислительной техники, в том числе обладающие системной сложностью. Здесь выде-
ляются два типа вычислительных систем, характеризуемые особенностями переработки
информации во времени, — вычислительные системы свободного времени (ВС СВ) и вы-
числительные системы реального времени (ВС РВ), существенно различающиеся областями
практического использования и, соответственно, подходами к проектированию. Если ВС СВ
преимущественно ориентированы на обслуживание потока расчетных задач без особой диф-
ференциации последних по времени их индивидуального решения на основании соображе-
ний эффективной переработки информации “в общем и целом”, то ВС РВ, напротив, больше
направлены на индивидуальное обслуживание задач со строгим соблюдением времени ре-
шения, например при автоматизированном управлении объектами новой техники. И если
процесс решения задач в ВС СВ во многих случаях можно рассматривать одноактно —
от момента ввода исходных данных до момента получения окончательного результата, то
процесс решения указанных задач управления в ВС РВ в своем большинстве представляет
собой развернутую во времени процедуру оперирования получаемыми и выдаваемыми те-
кущими данными в режиме функционирования автоматизируемого объекта — реализацию
операторов управления “в нужное время и в нужном месте”. Контурно это показано на схе-
ме (рис. 1), которая традиционно используется для иллюстрации качественного отличия
ВС РВ от ВС СВ во временном аспекте.
Рис. 1
© И.Г. Мороз-Подворчан, 2013
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №7 53
В рамках данной работы определим процесс проектирования ВС РВ — специализиро-
ванных вычислительных управляющих систем реального времени — как процесс придания
проектируемой системе действительно требуемых свойств (насколько об этом можно судить
на уровне имеющихся знаний и принятых положений, понимания условий данной ситуации
и планируемых результатов), в первую очередь, в виде временных параметров переработки
информации в проектируемой системе — реализации функций управления. Соответственно
определим возможные получающиеся отклонения от требуемых значений параметров как
допущенные ошибки в проектировании, которые в ряде случаев могут приводить к значи-
тельным негативным последствиям в управлении вплоть до катастрофических. Например,
в областях ракето- и авиастроения (особенно это касается прецезионной робототехники для
высокоответственных применений).
Выделим класс специфических ошибок, происхождение которых объясняется неполно-
той знаний о реалиях переработки информации в конкретных вычислительных схемах,
в том числе при параллельной организации вычислений, в результате чего при оптимис-
тической позиции проектировщиков оценки скоростных параметров переработки могут за-
вышаться, что ощутимо искажает паспортно-производственные представления о проекти-
руемой системе с понятными возможными последствиями, в частности, коммерческого ха-
рактера. Такого рода ошибки можно назвать потенциально исправимыми при условии про-
ведения дополнительных более глубоких “устанавливающих истину” исследований, в пер-
вую очередь имеющих вид точных доказательств. (В этой связи представляется методоло-
гически уместно обратить внимание на многочисленные факты использования стереотип-
ного выражения “Дьявол находится в деталях”, которым некоторые научные работники,
по сути, оправдывают отказ от необходимости проведения глубоких исследований там, где
полученные результаты могут иметь решающее значение, возможно, приводя к выводам,
оказывающимся прямо противоположными начальным.)
Приведем в качестве иллюстрирующего примера простейшую, но сохраняющую пред-
ставительность, схему вычислений, реализуемую в блоке параллельно работающих одно-
родных арифметических процессоров, и исследуем, что может обеспечить данная схема
в вычислительном плане. Данный случай актуализируется вопросом о возможности/не-
возможности осуществления сверхлинейного ускорения переработки информации с ростом
числа процессоров в многопроцессорной системе (машине) макроконвейерного типа [1–6].
Рассмотрим и оценим аналитически, что является необходимым условием для получения
точных количественных оценок реально получающегося ускорения вычислений в блоке из p
процессоров, в сравнении с тем же вычислением (решением той же задачи) лишь в одном
из таких же процессоров, что принято выражать коэффициентом ускорения Ky = T1/Tp,
где T1 — время решения данной задачи на одном процессоре, а Tp — время решения ее же
в указанном блоке.
Допустим, речь идет о текущем вычислении суммы n однотипных чисел, плотным пото-
ком поступающих в блок из однородных процессоров (рис. 2). Оперирование здесь заклю-
чается в вычислении в каждом из процессоров m = n/p слагаемых промежуточных сумм,
которые затем суммируются окончательно в одном из этих процессоров. Полное реальное
время решения этой задачи в тактах τ составляет T ∗
p
= τn/p + τ log2 p. (Для технического
удобства параметрам придаются значения степеней 2. Так, T ∗
p
= 32τ + τ + τ при n = 128
и p = 4.)
Таким образом, реальная длительность процесса решения данной задачи в рамках дан-
ной схемы определяется как сумма двух компонентов, зависящих от p, причем с ростом p
54 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №7
Рис. 2 Рис. 3
первый компонент уменьшается линейно, а второй — увеличивается логарифмически. Отсю-
да следует, что, по меньшей мере применительно к задачам и схемам такого рода, выра-
жение ускорения процесса вычислений в блоке из множества параллельных процессоров
в сравнении с процессом решения той же задачи в одном процессоре приобретает следую-
щий вид:
K∗
y
=
T1
T ∗
p
=
τn
τ
n
p
+ τ log2 p
< p,
в то время как
Ky =
T1
Tp
=
τn
τ
n
p
= p,
где K∗
y
имеет смысл реального ускорения, а Ky — смысл гипотетического линейного уско-
рения.
Этот факт стилизованно изображен на рис. 3, где K∗
yi
обозначается сплошной линией B2,
а Kyi
— штриховой B1. И хотя K∗
yi+1
−K∗
yi
< K∗
yi
−Kyi−1
, все равно
Kyi+1
−K∗
yi+1
> Kyi
−K∗
yi
.
Иначе говоря, здесь с увеличением числа процессоров скорость переработки задачной ин-
формации растет, а ускорение в рассматриваемом смысле падает.
Правомочно полагать, что решение более сложных в вычислительном отношении задач
не приведет к получению более высокого ускорения. Если также полагать, что данная за-
дача не сложнее любой другой, то приведенное можно считать доказательством невозмож-
ности достижения линейного ускорения в любой вычислительной системе с параллельной
организацией вычислений, в том числе в макроконвейерной ЭВМ с увеличением числа па-
раллельно работающих процессов в арифметическом блоке, тем более ускорения “более чем
линейного” [4].
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №7 55
Разумеется, изложенное никоим образом не следует понимать как тенденциозную кри-
тику безусловно продуктивного метода параллельной организации вычислений в системах,
тем более в многоканальных и многофункциональных. Мотивировка данной работы — фор-
мирование реалистических представлений о точных значениях действующих скоростных
параметров, что особенно важно при проектировании специализированных ВС РВ.
1. Михалевич В.С., Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. Организация вычислений в многопроцес-
сорных вычислительных системах // Кибернетика. – 1984. – № 3. – С. 1–10.
2. Михалевич В.С., Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. О методах организации макроконвейерных
вычислений // Там же. – 1986. – № 3. – С. 3–10.
3. Молчанов И.Н. Введение в алгоритмы параллельных вычислений. – Киев: Наук. думка, 1990. – 128 с.
4. Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. Математическая теория проектирования вычислительных
систем. – Москва: Наука, 1988. – 296 с.
5. Мороз-Подворчан И. Г. К вопросу о верхней границе ускорения в макроконвейерной ЭВМ // Мат.
машины и системы. – 2008. – № 2. – С. 70–72.
6. Мороз-Подворчан И. Г. О полноте описания скоростных возможностей макроконвейерной ЭВМ //
Там же. – 2008. – № 4. – С. 57–60.
Поступило в редакцию 09.10.2012Институт кибернетики им. В.М. Глушкова
НАН Украины, Киев
I. Г. Мороз-Подворчан
До питання про реальну ефективнiсть паралельних обчислень
у проектованих системах реального часу
Прискорення обчислень у системах залежить вiд кiлькостi процесорiв, що працюють па-
ралельно. Розглядається реальна оцiнка швидкiсних параметрiв у проектованих системах
реального часу при паралелiзацiї обчислень.
I.G. Moroz-Podvorchan
To the question concerning the real efficiency of parallel calculations in
designed real-time computer systems
The acceleration of calculations in computer systems depends on the number of parallel processors.
The real estimation of speed-parameters in designed computer systems under the calculation paralle-
lism is considered.
56 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №7
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85797 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:22:23Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мороз-Подворчан, И.Г. 2015-08-22T14:08:31Z 2015-08-22T14:08:31Z 2013 К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени / И.Г. Мороз-Подворчан // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 7. — С. 53–56. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85797 519.8.3 Ускорение вычислений в системах зависит от числа параллельно работающих процессоров. Рассматривается реальная оценка скоростных параметров в проектируемых системах реального времени при параллелизации вычислений. Прискорення обчислень у системах залежить вiд кiлькостi процесорiв, що працюють паралельно. Розглядається реальна оцiнка швидкiсних параметрiв у проектованих системах реального часу при паралелiзацiї обчислень. The acceleration of calculations in computer systems depends on the number of parallel processors. The real estimation of speed-parameters in designed computer systems under the calculation parallelism is considered. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Інформатика та кібернетика К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени До питання про реальну ефективнiсть паралельних обчислень у проектованих системах реального часу To the question concerning the real efficiency of parallel calculations in designed real-time computer systems Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени Мороз-Подворчан, И.Г. Інформатика та кібернетика |
| title | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени |
| title_alt | До питання про реальну ефективнiсть паралельних обчислень у проектованих системах реального часу To the question concerning the real efficiency of parallel calculations in designed real-time computer systems |
| title_full | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени |
| title_fullStr | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени |
| title_full_unstemmed | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени |
| title_short | К вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени |
| title_sort | к вопросу о реальной эффективности параллельных вычислений в проектируемых системах реального времени |
| topic | Інформатика та кібернетика |
| topic_facet | Інформатика та кібернетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85797 |
| work_keys_str_mv | AT morozpodvorčanig kvoprosuorealʹnoiéffektivnostiparallelʹnyhvyčisleniivproektiruemyhsistemahrealʹnogovremeni AT morozpodvorčanig dopitannâprorealʹnuefektivnistʹparalelʹnihobčislenʹuproektovanihsistemahrealʹnogočasu AT morozpodvorčanig tothequestionconcerningtherealefficiencyofparallelcalculationsindesignedrealtimecomputersystems |