पाइपलाइन व सदिश प्रक्रमण, तथा बहु-प्रक्रमक

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

1. फ्लिन के वर्गीकरण में, अनेक आँकड़ा-अवयवों पर एक अनुदेश लागू करने वाला सदिश प्रक्रमक है:

   1. SIMD
   2. SISD
   3. MISD
   4. MIMD
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   उत्तर: A — SIMD

   एकल अनुदेश, बहु आँकड़ा — अनेक आँकड़ा-अवयवों पर लागू एक अनुदेश-प्रवाह — ठीक SIMD है, वह वर्ग जिसमें सदिश व सरणी दोनों प्रक्रमक आते हैं।

2. सदिश प्रक्रमक व सरणी प्रक्रमक के बीच मुख्य हार्डवेयर-भेद यह है कि:

   1. सदिश प्रक्रमक अवयवों को एक अंकगणितीय इकाई से पाइपलाइन करता है; सरणी प्रक्रमक उसी चक्र में संक्रिया करते अनेक प्रक्रमण-अवयव प्रयोग करता है
   2. सदिश प्रक्रमक के पास कोई अंकगणितीय पाइपलाइन ही नहीं है
   3. सरणी प्रक्रमक MIMD का उपवर्ग है
   4. दोनों में कोई सार्थक भेद नहीं है
   उत्तर देखें

   उत्तर: A — सदिश प्रक्रमक अवयवों को एक अंकगणितीय इकाई से पाइपलाइन करता है; सरणी प्रक्रमक उसी चक्र में संक्रिया करते अनेक प्रक्रमण-अवयव प्रयोग करता है

   दोनों SIMD हैं, पर सदिश मशीन ONE पाइपलाइन के अवयवों को क्रमिक रूप से प्रक्रमित करते चरणों को अतिव्यापित कर थ्रूपुट पाती है, जबकि सरणी मशीन वास्तव में समांतर प्रक्रमण-अवयवों से जो एक साथ गणना करते हैं, वह पाती है।

3. समय-साझा साझा बस की तुलना में, क्रॉसबार स्विच अंतर्संबंधन:

   1. पूर्ण एक साथ संयोजकता देता है पर उसकी स्विच-गिनती प्रक्रमक गुणा स्मृति के रूप में बढ़ती है
   2. बनाना सदा सस्ता है
   3. एक से अधिक एक साथ स्थानांतरण का समर्थन नहीं कर सकता
   4. इसकी कोई भी स्केलिंग-लागत नहीं
   उत्तर देखें

   उत्तर: A — पूर्ण एक साथ संयोजकता देता है पर उसकी स्विच-गिनती प्रक्रमक गुणा स्मृति के रूप में बढ़ती है

   क्रॉसबार प्रत्येक प्रक्रमक को हर स्मृति-मॉड्यूल हेतु अपना स्विच-बिंदु देता है, अतः अनेक स्थानांतरण एक साथ चलते हैं — इस लागत पर कि स्विच-गिनती प्रक्रमक व स्मृति-गिनतियों के गुणनफल के रूप में बढ़ती है, जो बड़े मापक्रम पर महँगी हो जाती है।

4. साझा-स्मृति बहु-प्रक्रमक में कैश संगति मुख्यतः इसकी गारंटी देती है कि:

   1. प्रत्येक प्रक्रमक अंततः किसी भी एकल स्मृति-स्थान हेतु संगत मान देखता है
   2. भिन्न स्थानों पर सभी स्मृति-पहुँच एक वैश्विक रूप से सहमत क्रम में होती हैं
   3. कोई भी प्रक्रमक कभी किसी आँकड़े को कैश नहीं कर सकता
   4. एक समय केवल एक प्रक्रमक चल सकता है
   उत्तर देखें

   उत्तर: A — प्रत्येक प्रक्रमक अंततः किसी भी एकल स्मृति-स्थान हेतु संगत मान देखता है

   संगति एक प्रति-स्थान गारंटी है; भिन्न स्थानों के आर-पार क्रम की गारंटी स्मृति संगतता-प्रतिरूप की पृथक, प्रबलतर चिंता है।

5. स्नूपिंग कैश-संगति प्रोटोकॉल को आवश्यकता है:

   1. साझा बस या माध्यम जिस पर हर कैश समस्त यातायात देख सके
   2. हर कैश की विषय-वस्तु ट्रैक करती केंद्रीय निर्देशिका
   3. प्रक्रमकों के बीच किसी भी अंतर्संबंधन का न होना
   4. ठीक दो प्रक्रमक, कभी अधिक नहीं
   उत्तर देखें

   उत्तर: A — साझा बस या माध्यम जिस पर हर कैश समस्त यातायात देख सके

   स्नूपिंग इस पर निर्भर करता है कि हर कैश हर दूसरे कैश का बस-यातायात देखकर लेखन पहचान सके व अपनी प्रतिलिपि अमान्य/अद्यतन कर सके; यह तभी तक स्केल करता है जब तक साझा, सर्व-दृश्य बस विद्यमान हो, इसीलिए उससे आगे निर्देशिका-आधारित योजनाएँ प्रयुक्त होती हैं।

6. चिप अभिकल्पकों के एकल क्रोड की घड़ी-आवृत्ति और बढ़ाने के बजाय बहु-क्रोड प्रक्रमकों की ओर जाने का मुख्य कारण है:

   1. शक्ति-क्षय घड़ी-आवृत्ति के साथ अति-रैखिक रूप से बढ़ता है (शक्ति-दीवार)
   2. अनेक क्रोड बनाना सदा सस्ता है
   3. एकल क्रोड 1 GHz से तेज़ कोई अनुदेश निष्पादित नहीं कर सकते
   4. बहु-क्रोड कैश की आवश्यकता को पूर्णतः समाप्त कर देता है
   उत्तर देखें

   उत्तर: A — शक्ति-क्षय घड़ी-आवृत्ति के साथ अति-रैखिक रूप से बढ़ता है (शक्ति-दीवार)

   एक बिंदु से आगे, घड़ी-आवृत्ति और बढ़ाना अतिरिक्त प्रदर्शन की प्रति इकाई असमानुपातिक रूप से अधिक शक्ति लेता है, अतः कार्य को अनेक निम्न-आवृत्ति क्रोड में बाँटना प्रति वाट अधिक थ्रूपुट देता है — शक्ति-दीवार।

7. साझा-स्मृति तंत्रों से भिन्न, संदेश-प्रेषण बहु-प्रक्रमक तंत्रों के विषय में निम्नलिखित में कौन सत्य हैं? (एक से अधिक विकल्प सही हो सकते हैं।)

   1. प्रक्रमक शुद्ध रूप से स्पष्ट संदेश भेजकर व प्राप्त करके संचार करते हैं
   2. दो प्रक्रमकों के दौड़ने हेतु कोई साझा स्मृति-स्थान नहीं है
   3. उन्हें ठीक साझा-स्मृति तंत्रों की भाँति साझा चरों पर सेमाफ़ोर चाहिए
   4. कैश संगति प्रोटोकॉल उनके मूल संचार-प्रतिरूप के लिए अप्रासंगिक हैं
   उत्तर देखें

   उत्तर: A — प्रक्रमक शुद्ध रूप से स्पष्ट संदेश भेजकर व प्राप्त करके संचार करते हैं; B — दो प्रक्रमकों के दौड़ने हेतु कोई साझा स्मृति-स्थान नहीं है; D — कैश संगति प्रोटोकॉल उनके मूल संचार-प्रतिरूप के लिए अप्रासंगिक हैं

   संदेश-प्रेषण एक मौलिक रूप से भिन्न प्रतिरूप है जिसमें कोई साझा पता-समष्टि नहीं, अतः दौड़ने हेतु कुछ नहीं और साझा-स्मृति के अर्थ में सेमाफ़ोर चाहने वाला कोई साझा चर नहीं — संगति प्रोटोकॉल, जो साझा स्मृति की कैश की गई प्रतिलिपियों को संगत रखने हेतु हैं, इस पर बस लागू ही नहीं होते।

8. उस परिघटना का नाम बताइए जिसमें शक्ति-क्षय घड़ी-आवृत्ति के साथ अति-रैखिक रूप से बढ़ता है, जो प्रक्रमक अभिकल्प के निरंतर बढ़ती एकल-क्रोड घड़ी के बजाय अनेक क्रोड की ओर जाने का मुख्य कारण है।

   संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

   उत्तर देखें

   उत्तर: power wall

   'शक्ति-दीवार' इस सीमा का मानक नाम है; यह, स्मृति-दीवार व अनुदेश-स्तरीय-समांतरता-दीवार के साथ, उन तीन दीवारों में से एक है जिन्हें सामान्यतः इस कारण उद्धृत किया जाता है कि एकल-थ्रेड प्रदर्शन-स्केलिंग क्यों धीमी हुई और बहु-क्रोड अभिकल्पों ने स्थान ले लिया।