병렬처리(Parallel processing), 파이프라인(Pipeline), 배열 프로세서(Array Processor), 벡터 프로세싱(Vector processing), Systolic Array, 데이터 플로우 (Data Flow), Fault Tolerance, Flynn의 분류(MISD,SIS

소개글

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목차

1. 병렬처리(Parallel processing)
1.1 병렬처리의 구조
(1) 다중 장치 구조
(2) 파이프라인 구조

2. 파이프라인
2.1 파이프라인(Pipeline)
2.2 파이프라인의 구조
(1) 명령어 파이프라인
(2) 선형 파이프라인
(3) 비선형 파이프라인

3. 배열 프로세서(Array Processor)
3.1 배열 프로세서

4. 벡터 프로세싱(Vector processing)

5. Systolic Array
5.1 Systolic Array
5.2 비트 레블 슈퍼 Systolic Array

6. 데이터 플로우 (Data Flow)
6.1 데이터 플로우 동작 원리
6.2 데이터 플로우 구성
6.3 데이터 플로우 프로그램
6.4 데이터 플로우 문제점

7. Fault Tolerance
7.1 Fault Tolerance란?
7.2 Fault Tolerance System
7.3 Fault Tolerance 의 단계
7.4 Fault Tolerance 의 종류

8. Flynn의 분류
8.1 MISD (Multiple Instruction stream Single Data stream)
8.2 SISD (Single Instruction stream Single Data stream)
8.3 SIMD (Single Instruction stream Multiple Data stream)
8.4 MIMD (Multiple Instruction stream Multiple Data stream)

본문내용

2 Fault Tolerance System
고장이나 프로그램에 버그가 있더라도 시스템 전체에 장애가 발생하지 않게 구성한 시스 템을 의미하며, 한 예를 들면 항상 두 대의 시스템이 서로 감시하면서 동일 처리하다가, 한 대가 고장이 나면 다른 한 대가 계속 처리할 수 있는 이중 시스템의 방식이 있다. 이 때 동작중인 시스템을 Active 상태라 하고, 동일 동작을 수행하면서 대기 중인 시스템을 Stan by 상태라 하며, Active 시스템이 문제가 발생하게 되면 자동 절제되도록 설계되 도록 설계되어져 있다. 실제로 On-line 기능이 중요하게 요구되는 교환기, 네트워크 시 스템들이 그 예라고 할 수 있다.
7.3 Fault Tolerance 의 단계
Fault Detection (고장 감지)
Fault Detection은 주로 하드웨어로 구성된 비교기(Compare Logic)을 통하여 이루어진
다. 시스템내에서 Fault가 발생되면 해당 모듈 또는 시스템은 Fault 상태로 들어가게 된
다. Fault가 발생되면 OS는 각 모든 하드웨어 모듈들의 상태를 분석하여 어느 모듈이
Fault를 유발시켰는가를 분석하여 알아낸다.
Fault Diagnosis (고장 진단)
Fault는 일시적(Transient)이거나 영구적(Hard)일 수 있다. 만약 Fault가 영구적(Hard
Fault)이라면 그 모듈을 시스템 구성에서 제거한다. 만약 Fault가 일시적(Transient
Fault)이라면 즉, Fault가 발생하여 자기 진단을 수행한 결과 아무런 문제가 없다고 판단
되면, 시스템은 일단 그 Fault를 Transient Fault로 인식하고 모든 동작을 계속 수행한
다. 그러나 Transient Fault가 일정시간 동안에 정의된 수를 넘게 되면 OS는 이 또한
시스템 구성에서 제거한다.
Fault Recovery (고장 복구)
Fault Recovery는 Fault를 유발한 모듈을 시스템에서 제거하여 시스템을 재구성 하면서
이루어진다.
Fault Tolerance를 유지할 수 있는 중요한 기능 중 하나는 데이타를 항상 두개 복사하 도록 해놓음으로써 Fault Tolerance를 유지시킨다는 점이다. 즉 CPU가 데이타 쓰기를 할 경우 항상 두개의 메모리에 저장시켜 놓는 “메모리 Shadowing”을 수행한다. 어느 한 CPU(또는 CPU 모듈)가 메모리에 있는 Process를 수행하는 과정에서 이상이 생기더라 도 또 다른 메모리에 있는 데이타를 다른 CPU(또는 CPU 모듈)가 수행하게 함으로써 시스템에 영향을 전혀 주지 않고 Fault Tolerance를 유지할 수 있다.
7.4 Fault Tolerance 의 종류
기기의 고장
- 센터설비: 패리티오류, 불완전한 명령의 실행 등
- 단말설비: 패리티오류
- 통신회선: 회선단절, 전문분실 등
소프트웨어 고장
- 무한루트(endless loop): 프로그램이 어떤 처리 루틴을 반복 실행하여 그 부분을 벗어나지 못하고 있는 상태
- 교착상태(deadlock): 다중 태스크 처리에 있어서 서로 상대방이 점유하고 있는 자 원(기억장치, 파일 등)을 서로 요구하는 처리가 동시에 발생하게 되면 어느 자원 도 해체되지 못하여 처리가 진행되지 않거나 지연되는 상태
8. Flynn의 분류
8.1 MISD (Multiple Instruction stream Single Data stream)
한 시스템 내에 n개의 프로세서들이 있고, 각 프로세서들은 서로 다른 명령어들을 실행하지만, 처리하는 데이터들은 하나의 스트림이다. 프로세서들이 파이프라인 형태로 연결되어서, 한 프로세서가 처리한 결과가 다음 프로세서로 보내지는 방식이다. 그러나 이 조직은 컴퓨터 구조 설계자들의 관심을 끌지 못하고 있으며, 실제로 이러한 시스템이 설계된 예도 없다.
[그림] MISD 구조
8.2 SISD (Single Instruction stream Single Data stream)
한 번에 한 개씩의 명령어와 데이터를 순서대로 처리하는 단일프로세서 시스템에 해당한다. 이러한 시스템에서는 명령어가 순서대로 실행되지만, 실행 과정은 여러 개의 단계들로 나누어 시간적으로 중첩시킴으로써 실행 속도를 높이도록 파이프라이닝되어 있는 것이 일반적이다. 또한 SISD시스템에서 하나의 프로세서 내에 여러 개의 명령어 들을 동시에 실행하는 슈퍼스칼라구조도 최근에 많이 사용되고 있다. 파이프라이닝과 슈퍼스칼라는 프로세서 내부에서 병렬처리를 이용하는 구조라고 할 수 있다.
[그림] SISD 조직
8.3 SIMD (Single Instruction stream Multiple Data stream)
시스템은 배열 프로세서(array processor)라고도 불린다. 이러한 시스템은 여러 개의 프로세싱 유니트(PU)들로 구성되고, PU들의 동작은 모두 하나의 제어 유니트에 의해 통제된다. 모든 PU들은 하나의 제어 유니트로부터 동일한 명령어를 받지만, 명령어 실행은 서로 다른 데이터에 대하여 이루어진다. 모든 PU들이 기억장치를 공유하는 경우도 있고, 각 PU가 기억장치 모듈을 독립적으로 가지는 분산 기억장치 구조도 가능하다.
[그림] SIMD 구조
8.4 MIMD (Multiple Instruction stream Multiple Data stream)
대부분의 다중프로세서 시스템(multi processor system)과 다중컴퓨터시스템(multiple-
computer system)이 분류에 속한다. 이 조직에서는 n개의 프로세서들이 서로 다른 명령어와 데이터을 처리한다. MIMD시스템은 프로세서들 간의 상호작용 정도에 따라 두 가지로 나누어지는데, 그 정도가 높은 구조를 밀결합 시스템이라 하고, 그 정도가 낮은 구조를 소결합 시스템이라고 한다. 밀결합 시스템의 전형적인 구조는 기억장치가 모든 프로세서들에 의하여 공통으로 사용되는 공유-기억장치 구조이다. 소결합 시스템은 각 프로세서들이 자신의 지역 기억장치를 가진 독립적인 컴퓨터 모듈로 구성되고, 프로세서들간의 통신은 메시지-패싱 방식에 의해 이루어지는 구조를 가지고 있다.
[그림] MIMD 구조

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