Файл: Методические указания к практическим работам по дисциплине Вычислительные системы и сети Специальность 5В070200 Автоматизация и управление.doc

4. Составить граф выполнения вычислений в многопроцессорной системе.

Вариант№ 1	Составить граф выполнения следующих вычислений в двухпроцессорной системе: 1. А1=В1 · В1 3. С=2 · 100 2. В2=А1 · А1 4. D=В2+С
Вариант№ 2	Составить граф выполнения следующих вычислений в трехпроцессорной системе: 1. А1=В1+С1 4. D=А1+А2 2. А2=В1·С1 5. D= D+А3 3. А3=В1/С1
Вариант№ 3	Составить граф выполнения следующих вычислений в трехпроцессорной системе: 1. А1=В1 + С1 4. D=А1+А2 2. А2=В2 + С2 5. D= D +А3 3. А3=А1 · А2
Вариант№ 4	Составить граф выполнения следующих вычислений в двухпроцессорной системе: 1. А1=В1 · 2 4. С2=В3 · В4 2. А2=В2 · 2 5. D=С1 + С2 3. С1=А1 · А2
Вариант№ 5	Составить граф выполнения следующих вычислений в двухпроцессорной системе: 1. А1=В1 + С1 4. D=А1 · А2 2. А2=А1 + С2 5. D=D · А3 3. А3=А2 + С3

Для этого необходимо выделить группы операций, которые могут выполняться одновременно, затем определить количество этапов вычислений, после построить граф.
Пример. Составить граф выполнения следующих вычислений в трехпроцессорной системе:

1. А1=В1 · 2 4. С1=(А1+А2)/2

2. А2=В2 · 4 5. С2=(А2+А3)/2

3. А3=В3 · 8 6. D=С1+С2
1) Выделяем три этапа, в которые входят операции:

1-й этап: 1, 2, 3

2-й этап: 4, 5

3-й этап: 6

2)

А1 С1 D

В 1

 

В2 А2 С2

 

В3 А3

 

---

Практическая работа№3

Принципы систолической обработки информации

Цель работы: Изучение принципов обработки информации в систолической системе.
Задачи:

1. Расписать процедуру умножения матриц А и В размерностью 3х3 в систолической системе.

2. Нарисовать схему умножения, составить таблицу и проверить экспериментально результат.
Краткая теория

Операция поиска вхождений с помощью линейной систолической структуры

Операция поиска вхождений заключается в том, что в некоторой исходной последовательности A=(a₁,a₂,...a_n), a_i=0 или 1, найти эталонную последовательность B=(b₁,b₂,...,b_m), причем b_j=0,1 или (*), где символом (*) обозначено безразличное состояние соответствующего разряда. Результатом операции является вектор R=(r_k), в котором каждый компонент r_i определяется по правилу:

r_i=1, если (b₁=a_i)(b₂=a_i+1)...(b_m=a_i+m), 0 в противном случае, где i=1,(n-m+1).

Для реализации этой операции используем ПЭ, способные выполнять поразрядное сравнение и сохранять результаты этого сравнения, соединив ПЭ в линейную конфигурацию. На входы каждого ПЭ поступают значения a_i и b_i; каждый ПЭ производит сравнение и запоминает частичный результат r, кроме того, по завершении сравнения синхронно с поступлением тактовых импульсов значения a_i и b_i передаются на входы следующих ПЭ, то есть:

a_вых(t)=a_вх(t-1) и b_вых(t)=b_вх(t-1), где t=1,2,.. – номер такта.

Пусть поиск вхождений производится для трехразрядного эталона–образца B=(b₁,b₂,b₃) в исходной последовательности A=(a₁,...a₅). На рисунке 7 показана временная диаграмма выполнения операции в систолической линейной матрице. На первом такте (t=1) значения a₁ и b₁ загружаются в ПЭ1 и ПЭ2 соответственно. На втором такте производится сдвиг a₁ и b₁ (соответственно в ПЭ2 и ПЭ4), на третьем - очередной сдвиг и загрузка a₂ и b₂ в ПЭ1 и ПЭ5 и т.д. На третьем такте в ПЭ3 попадают a₁ и b₁, где и производится их сравнение; результат сравнения r_ij(t) сохраняется в ПЭ3. Дальнейшее перемещение А и В по систолической структуре очевидно из диаграммы. На пятом такте в ПЭ3 попадают элементы a

---

₂ и b₂, сравниваются там и вырабатывается результат r_i+1,_j+1(t+2); находится конъюнкция частичных результатов r(t+2)=r(t)r_i+1,_j+1(t+2), которая и сохраняется в ПЭ3. Первый окончательный результат – элемент r₁ вектора R – будет получен в ПЭ3 на седьмом такте в результате сравнения a₃и b₃. Второй элемент r₂ будет получен на восьмом такте, но в ПЭ4 и т.д.

Очевидно, что каждый ПЭ может выполнять операцию сравнения байтов или слов, что позволяет находить определенные последовательности в цепочках символов, то есть выполнять операции сравнения цепочек символов. Кроме того, осуществляя циклический сдвиг эталона - образца, может сократить число ступеней систолического конвейера, однако это приводит к дополнительным затратам времени. Отметим, что в рассматриваемой схеме ПЭ5 и ПЭ4 служат только для задержки элементов b_i, поэтому они могут быть заменены регистром сдвига.



Рисунок 7 - Реализация операции сравнения цепочек литер

Операция умножения квадратных матриц с помощью прямоугольной систолической матрицы.

Результат перемножения двух матриц C=AB формируется согласно формуле:



причем каждый элемент С=|c_ij| можно рассматривать как результат рекуррентных вычислений:

c_ij(0)=0; c_ij(k)=c_ij(k-1)+a_ikb_ik, k=1,n.

Такие суммы образуются при накапливании частичных сумм в процессе продвижения a_ij и b_ij по систолической матрице. Пусть обе матрицы A и B имеют размерность 2х2:





Рисунок 8 - Умножение матриц в систолической структуре

– и операция умножения производится с помощью ПЭ (рисунок 8), объединенных в прямоугольную матрицу. Загрузка элементов матриц А и В из памяти производится по строкам (А) и по столбцам (В) с характерным для систолической обработки сдвигом. Этот сдвиг (рисунок 8) обозначен 0.

В начальный момент все ПЭ установлены в исходное нулевое состояние. На первом такте в ПЭ11 загружаются элементы a₁₁ и b₁₁. На втором такте элементы a

---

₁₁ и b₁₁ поступают на входы ПЭ12 и ПЭ21 соответственно. На ПЭ11 поступают a₂₁ и b₁₂ и в нем вычисляется сумма произведений a₁₁b₁₁+a₂₁b₁₂ (первое слагаемое этой суммы сохранено в ПЭ11 с первого такта). Одновременно в ПЭ12 и ПЭ21 вычисляются произведения a₁₂b₁₁ и a₁₁ и b₂₁ соответственно. Этот процесс продолжается, как показано в таблице. Весь процесс перемножения матриц требует 3n-2 шагов, где n – размерность перемножаемых матриц.

Такт	ПЭ11	ПЭ12	ПЭ21	ПЭ22
0	0	0	0	0
1	a11b11	0	0	0
2	c11	a11b21	a12b11	0
3		c12	c21	a12b21
4				c22

Здесь полезно вспомнить, что в последовательной ЭВМ перемножение матриц выполняется за n³ шагов, то есть достигаемое ускорение для систолической СОД составляет n³/(3n-2).

---

Практическая работа№4

Получение информации о сетевых настройках локального компьютера

Цель работы: Ознакомиться с возможностями диагностических команд TCP/IP и научиться использовать их для определения настроек сети локального компьютера.

Задачи:

1. Определение сетевой конфигурации на компьютере.

2. Изучение сетевых команд.

Порядок выполнения работы

1. 
   Определение сетевой конфигурации на компьютере.
   

Используя панель управления определить сетевые карты, сетевые адаптеры, подключенные или отключенные в конфигурации.

Просмотреть и записать режимы сетевой карты (сетевой адрес, скорость линии и режим). Определить рабочую группу, имя компьютера.

2. 
   Изучение сетевых команд
   

Все команды, предлагаемые к использованию, следует выполнять из командной строки. В ОС Windows XP командный процессор запускается командой cmd.exe. C:\>cmd.exe

3. Для ознакомления со списком командам наберите help. После ознакомления с командами получите информацию о настройках сети локального хоста используя диагностическую команду ipconfig..

4. Командой hostname получить имя локального хоста. Это задание выполнить еще на 2-3 компьютерах сети.

5. С помощью команды arp с параметром -a (arp -a) просмотреть таблицу преобразования IP-адресов в физические (MAC) адреса.

6. На основании информации, полученной ранее составить сводную таблицу настроек сети локального хоста. В таблицу включить информацию о типе сетевого адаптера, его MAC-адресе, IP-адресе, имени хоста, маске подсети, шлюзе по умолчанию.

Таблица 3

Тип сетевого адаптера	Динамический
MAC-адрес
IP-адрес
Имя хоста
Маска подсети
Шлюз

7. Командой ipconfig с параметром /all (ipconfig /all) получить информацию о сети. Полученные данные сравнить с данными из таблицы, сделать выводы.

---