Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2

1Введение в многопоточное программирование

1.1Классификация параллельных аппаратных архитектур по Флинну

• 
  SISD, Single Instruction stream over a Single Data stream
  
  • 
    ОКОД – вычислительная система с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных. На рисунке 1 наглядно представлена схема архитектуры.
    

Рисунок 1. SISD архитектура

• 
  SIMD, Single Instruction, Multiple Data
  
  • 
    ОКМД – вычислительная система с одиночным потоком команд и множественным потоком данных. На рисунке 2 наглядно представлена схема архитектуры.
    

Рисунок 2. SIMD архитектура

1. 
   Одна операция применяется сразу к нескольким элементам массива данных
   
2. 
   Параллельные операции выполняются на всех доступных вычислителях
   
3. 
   Обработкой данных управляет единственная программа
   
4. 
   Пространство имён является глобальным
   
5. 
   Используются специализированные языки программирования и/или библиотеки, предназначенные для конкретной архитектуры
   

• 
  MISD, Multiple Instruction Single Data
  
  • 
    МКОД – вычислительная система со множественным потоком команд и одиночным потоком данных. На рисунке 3 наглядно представлена схема архитектуры.
    

Рисунок 3. MISD архитектура

• 
  MIMD, Multiple Instruction Multiple Data
  
  • 
    МКМД – вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных. На рисунке 4 наглядно представлена схема архитектуры.
    

Рисунок 4. MIMD архитектура

1. 
   Задача разбивается на несколько самостоятельных подзадач
   
2. 
   Для каждой подзадачи разрабатывается отдельная программа
   
3. 
   Программы подзадач выполняются на отдельных вычислителях
   
   1. 
      Для этого используются обычные языки программирования
      
4. 
   Программы подзадач должны обмениваться информацией
   
   1. 
      Для этого используются функции специализированной библиотеки
      
5. 
   Преимущество
   
   1. 
      Теоретическая возможность достижения наивысшего быстродействия, гибкость
      

• 
  Дополнительная информация http://en.wikipedia.org/wiki/Flynn%27s_taxonomy
  

0. 
   Характеристики последовательных программ
   

• 
  Неоптимальное использование аппаратных средств
  
  • 
    Невысокая производительность
    
• 
  Использование традиционных (стандартных) средств программирования
  
  • 
    Языков программирования
    
  • 
    Библиотек функций/классов
    
  • 
    Средств отладки и тестирования
    
• 
  Инвариантность к возможностям параллелизма аппаратных средств и платформ
  
  • 
    Относительно лёгкая переносимость
    

1. 
   Характеристики параллельных программ
   

• 
  Оптимизация использования аппаратных средств
  
  • 
    Возможность преодолеть ограничение производительности последовательных программ
    
• 
  Использование средств программирования, не используемых при разработке последовательных программ
  
  • 
    Языков программирования
    
  • 
    Библиотек функций/классов
    
  • 
    Средств отладки и тестирования
    
• 
  Повышенная сложность проектирования и разработки
  
• 
  Ориентация на возможности параллелизма конкретных аппаратных средств и платформ
  
  • 
    Переносимость затруднена или невозможна
    

3. 
   Особенности разработки параллельных программ
   

• 
  Управление параллельно выполняющимися действиями
  
• 
  Обеспечение совместного использования общих ресурсов параллельно выполняющимися действиями
  
• 
  Необходимо выявлять и устранять ошибки, характерные только для параллельных программ
  
  • 
    Взаимные блокировки
    
  • 
    Гонки
    
• 
  Выявленные ошибки трудно повторить
  
  • 
    Часто проявляются архитектурные ошибки
    
  • 
    Не всегда возможно использовать отладчик
    
• 
  Необходимо обеспечивать масштабируемость и балансировку загрузки аппаратных средств