Teil 8: Parallele Architekturen

Question 1

Nachteil der VNA

Answer 1

Es kann immer nur ein Maschinenbefehl geholt und verarbeitet werden -> Sequentialität
-> Lösung: parallele Ausführung

Question 2

Ziel der parallelen Architekur

Answer 2

Überwindung von Einschränkungen, die durch die sequentielle Verarbeitung nicht paralleler Architekturen vorgegeben sind

Question 3

Wichtigste Einschränkung einer sequentiellen Architektur

Answer 3

Leistung eines Rechnersystems

Question 4

Skalierbarkeit bei Parallelschaltung von Rechnern

Answer 4

die Leistungssteigerung paralleler Rechnersysteme sollte möglichst proportional zur Anzahl der parallelen Einheiten sein

Question 5

Warum ist umdenken der Softwareentwickler nötig?

Answer 5

nicht nur die Hardware muss paralleles Rechnen ermöglichen, auch die Software und Algorithmen müssen grundsätzlich für paralleles Rechnen konzipiert werden

Question 6

Warum entwickelt man parallele Architekturen?

Answer 6

• getrieben durch Notwendigkeit immer höherer Rechenleistungen
• solch hohe Rechenleistungen sind meist nicht mit sequentiellen Architekturen erzielbar (siehe Supercomputer)

Question 7

Wesentliche Gruppen von Anwendungen von Parallelrechnern

Answer 7

1. Nicht-numerische Anwendungen
   - > Suchmaschinen, verteilte DB
2. Numerische Anwendungen (mathematische Probleme und Simulationen)
   - > Wettervorhersagen, Crash Tests

Question 8

Parallelität in Algorithmen

Answer 8

• komplexe Probleme müssen in Teilaufgaben zerlegt werden die dann parallel bearbeitet werden können

Question 9

Voraussetzungen für Parallelität

Answer 9

• Existenz ausnutzbarer Parallelität
• Erkennung der Parallelität
• Aufteilbarkeit in Teilaufgaben
• (physisches) Vorhandensein paralleler Verarbeitungseinheiten

Question 10

Problem mit der Parallelität in Algorithmen

Answer 10

es gibt auch Probleme, die nicht in Teilaufgaben zerlegt werden können und deshalb nicht skalieren mit der Anzahl paralleler Verarbeitungseinheiten

Question 11

Klassifikation von Parallelrechnern nach Flynn

Answer 11

Unterscheidung nach Datenströmen und Kontrollpfaden
1.  SISD
2  SIMD
3. MISD
4. MIMD

Question 12

single instruction, single data (SISD)

Answer 12

Von-Neumann-Rechner

Question 13

single instruction, multiple data (SIMD)

Answer 13

Diese Rechner besitzen:

• ein Instruktionswerk
• mehrere unabhängige Rechenwerke von denen jedes mit eigenen Speicher verbunden ist.

Rechenwerke werden taktsynchron vom Instruktionswerk angesteuert und führen dieselbe Operation auf unterschiedlichen Daten aus.
Auch Feldrechner genannt (Großrechner, Supercomputer)

Question 14

multiple instruction, single data (MISD)

Answer 14

Diese Rechner besitzen:
- Multiprozessorsystem, bei dem alle Prozessoren gleichzeitig verschiedene Befehle auf den Daten eines einzigen Datenstroms ausführen.
MIMD und SIMD meist besser für die PV (Großrechner, Supercomputer)

Question 15

multiple instruction, multiple data (MIMD)

Answer 15

entspricht Kollektion eigenständiger Rechner, mit jeweils:
- Instruktionswerk-
- Rechenwerk
(Großrechner, Supercomputer)

Question 16

Typen von gemeinsamen Speicher

Answer 16

• Uniform Memory Access (UMA)

- Non-Uniform Memory Access (NUMA)

Question 17

Uniform Memory Access (UMA)

Answer 17

Alle Prozessoren benötigen dieselbe Zugriffszeit auf den gemeinsamen Speicher

Question 18

Non-Uniform Memory Access (NUMA)

Answer 18

Die Speichermodule sind lokal und jeweils einem Prozessor zugeordnet. Ein Prozessor kann allerdings dennoch auf den Speicher anderer Prozessoren zugreifen (Fernzugriff), allerdings ist dann die Zugriffszeit höher.

Logisch stellt die Gesamtheit der Speichermodule eine Einheit dar, nicht aber technisch. Diese Einheit wird als virtueller gemeinsamer Speicher bezeichnet.