С общей шиной

ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ПУТИ

Все волокна этих путей заканчиваются на клетках двигательных ядер передних рогов спинного мозга или на клетках двигательных ядер черепных нервов.

I. Пирамидные (корковые) пути. Отвечают за сознательные движения мышц конечностей и туловища.

1) Корково-спинномозговой путь (tr.corticospinalis)

Пирамидные клетки коры предцентральной извилины - внутренняя капсула - ствол головного мозга - пирамиды продолговатого мозга, где делится на боковой и передний корково-спинномозговые пути - передние рога спинного мозга. Отвечают за сознательные движения мышц конечностей и туловища.

6) Корково-ядерный (tr.corticonuclearis)

Пирамидные клетки коры предцентральной извилины - внутренняя капсула - ствол головного мозга - двигательные ядра черепных нервов. Обеспечивает сознательные движения головы мышц и шеи.

II. Экстрапирамидные пути (начинаются от нейронов стволовых клеток, минуя кору).

1) Ретикулярно-спинномозговой путь (tr.reticulospinalis)

Ретикулярная формация на всем протяжении ствола мозга - двигательные ядра черепных нервов и двигательные ядра передних рогов спинного мозга. Обеспечивает поддержание тонуса мышц.

2) Покрышечно-спинномозговой путь (tr.tectospinalis)

Верхние холмики среднего мозга - двигательные ядра передних рогов спинного мозга. Обеспечивает ответные реакции на неожиданные сверхсильные раздражители,

3) Красноядерно-спинномозговой путь (tr.rubrospinalis)

Красное ядро среднего мозга - боковой канатик спинного мозга - двигательные ядра передних рогов спинного мозга. Обеспечивает непроизвольные движения (бег, ходьбу) и поддержание тонуса мышц при статической нагрузке.

4) Медиальный продольный пучок (fasciculus longitudinalis medialis)

Ядра ретикулярной формации среднего мозга - двигательные ядра IV, VI, VIII, XI пар черепных нервов и двигательные ядра передних рогов спинного мозга. Обеспечивают ассоциативную связь указанных нервов.

5) Вестибулярно-спинномозговой путь (tr.vestibulospinalis)

Мост (ядра VIII пары ЧМН) - двигательные ядра передних рогов спинного мозга. Обеспечивает поддержание равновесия и координацию движений при вестибулярных нагрузках.

6) Оливо-спинномозговой путь (tr.olivospinalis)

Ядра олив продолговатого мозга - двигательные ядра передних рогов спинного мозга. Функция та же, что и у вестибуло-спинномозгового пути.

В комплексах с общей шиной проблема связей всех устройств между собой решается крайне просто: все они соединяются общей шиной, выполненной в виде совокупности проводов или кабелей, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления (рис. 17.1 а). Интерфейс является односвязным, т.е. обмен информацией в любой момент времени может происходить только между двумя устройствами. Если потребность в обмене существует более чем у двух устройств, то возникает конфликтная ситуация, которая разрешается с помощью системы приоритетов и организации очередей в соответствии с этим. Обычно функции арбитра выполняет либо процессор, либо специальное устройство, которое регистрирует все обращения к общей шине и распределяет шину во времени между всеми устройствами комплекса.

Несомненные достоинства структуры с общей шиной - простота, в том числе изменения комплекса, добавления или изъятия отдельных устройств, а также доступность модулей ОЗУ для всех остальных устройств. Следствием всего этого является достаточно низкая стоимость комплекса.

Вместе с тем комплексы с общей шиной не лишены определенных недостатков. Первый - невысокое быстродействие, так как одновременный обмен информацией возможен между двумя устройствами, не более. По этой причине в комплексах с общей шиной число процессоров не превосходит двух-четырех. Этот недостаток может быть несколько компенсирован путем использования общей шины с высоким быстродействием, большим, чем быстродействие входящих в комплекс устройств. Однако этот путь приводит к усложнению и удорожанию комплекса. Второй недостаток МПВК с общей шиной заключается в относительно низкой надежности системы из-за наличия общего элемента - шины. Надо иметь в виду, что надежность общей шины определяется не только надежностью проводов и кабелей (их собственная надежность достаточно высока), но и надежностью всех соединений, входных и выходных цепей устройства. Отказ хотя бы одного из элементов приводит к отказу всего комплекса. Этот недостаток можно компенсировать за счет введения резервной шины (рис. 7,б). Хотя это несколько усложняет комплекс, однако надежность его существенно возрастает. Если же резервную шину сделать активной, т. е. работающей одновременно с основной, то можно не только повысить надежность, но и увеличить производительность комплекса за счет того, что обмен информацией может осуществляться одновременно между двумя парами устройств.

Общая шина может быть организована различными способами - принципиально так же, как и для однопроцессорных ЭВМ с общей шиной. Характерным примером является комплекс СМ-1420, в котором используется общая шина однопроцессорных ЭВМ этой системы.

2. С перекрестной коммутацией

Мультипроцессорные системы, построенные по принципу осуществления связей между модулями посредством "прямоугольной решетки" соединительных шин, которые могут контактировать в любой точке их пересечения, называют системами с перекрестной коммутацией (рис 17.2).

Такая организация системы позволяет устанавливать контакт между любыми двумя блоками системы на все время обмена информацией. В отличие от коммутации с временным разделением, реализуемым в системах с общей шиной, рассматриваемый метод переключения связей часто называют коммутацией с пространственным разделением.

Перекрестный коммутатор является "неблокирующимся" в том смысле, что передача через него может быть запрещена из-за отсутствия путей передачи. Существует возможность установить одновременно несколько путей передачи информации в системе. В то же время следует иметь в виду, что коммутатор может быть заблокирован, если одно из соединяемых устройств уже занято.

Одной из ранних структур, в которой реализован принцип перекрестной коммутации, явилась система, получившая название "полиморфная ЭВМ" (рис. 17.3). Модули ЭВМ, включающие блоки процессоров и памяти, могли осуществлять связь с периферийными устройствами через центральный коммутатор.

В данной системе была сделана попытка организовать соединения непосредственно между процессорами и перекрестный доступ к памяти путем замыкания соответствующего набора пересечений. Сложность такого способа связи между процессорами и блоками памяти, неэффективность использования оборудования (процессор и память одного единственного модуля, имея единственную шину связи, "мешают" друг другу) выявляют недостатки структуры "полиморфной ЭВМ" по сравнению со структурой системы, приведенной на рис. 17.3.

Мультипроцессорные системы с перекрестной коммутацией, обладая несколько меньшей гибкостью, чем системы с общей шиной, позволяют тем не менее сравнительно просто вводить новые модули, если коммутационная матрица обладает достаточной емкостью. Матрица полностью отделена от других функциональных блоков и может быть построена также но модульному принципу, что допускает ее расширение. Однако вследствие сложности функций коммутатора, структура его может существенно усложниться.

Для обеспечения большей гибкости и увеличения возможностей по расширению в системе может быть введена дополнительная коммутационная матрица устройств ввода-вывода. Такой коммутатор связывается с центральным через процессоры управления вводом-выводом (рис. 17.4), при этом устройства ввода- вывода могут подсоединяться к любому каналу. Рассмотренная структура мультипроцессорных систем используется в больших вычислительных системах фирмы "Burroughs" (США).

Оригинальный вариант организации мультипроцессорной конфигурации предложен для системы Multi-Interpreter фирмы "Burroughs", в которую введена группа однотипных процессорных блоков с микропрограммным управлением. Путем перезагрузки блоков микропрограммной памяти одни и те же модули используются в качестве центральных процессоров либо контроллеров ввода - вывода. Благодаря этому все процессоры, модули памяти и периферийные устройства подключены к общей коммутационной матрице (рис. 17.5).

Мультипроцессорными системами с перекрестной коммутацией, кроме уже упомянутых зарубежных ЭВМ, являются отечественная вычислительная система высокой производительности "Эльбрус-1" и вычислительный комплекс СМ-2-одна из моделей СМ ЭВМ.

Рассмотрим подробнее структуру вычислительного комплекса СМ-2 (рис. 17.6). В этой системе используется модульная структура коммутатора. Восьмиканальный (КМР-8) и четырех- канальный (КМР-4) коммутаторы обеспечивают внутрисистемные связи между устройствами данного ВК. На их основе строится общий распределенный коммутатор, с помощью которого реализуется полная матричная коммутация каждого процессора и канала прямого доступа в память (КПДП) с каждым устройством оперативной памяти (УОП) и согласователем ввода-вывода (СВВ), выполняющим роль контроллера.

Канал прямого доступа в память является устройством, обеспечивающим быстрый обмен информацией между УОП и периферийными устройствами. Он выполняет операции ввода-вывода независимо от процессора. Взаимное влияние этих устройств проявляется только при попытке одновременного обращения к одному и тому же модулю памяти. При этом приоритет предоставляется каналу, а работа процессора задерживается на время одного цикла обращения к памяти. Обмен информацией с устройствами, подключенными непосредственно через КПДП, может осуществляться со скоростью до 1100000 байт/с. Канал может одновременно обслуживать одно устройство, подключенное непосредственно через КПДП, пли не более четырех устройств ввода-вывода, подключенных через СВВ. В последнем случае скорость обмена меньше л составляет до 550 000 байт/с.

Согласователь ввода-вывода имеет 16 выходов на интерфейс позволяет через один блок подключать до 16 периферийных устройств. С помощью КМР-4 СВВ подключается к процессорам и КПДП.

Рассмотрение структуры вычислительного комплекса СМ-2 позволяет еще раз отметить основные достоинства мультипроцессорных систем с перекрестной коммутацией, в которых обмен информацией возможен одновременно по нескольким путям передачи данных. При этом эффективная скорость передачи может быть выше, чем, например, в системе с временным разделением общей шины, так как контакт устанавливается между взаимодействующими модулями на все время обмена информацией. Благодаря такой системе организации связей не возникают проблем при параллельной работе процессоров. В мультипроцессорной системе с перекрестной коммутацией упрощаются интерфейсы отдельных блоков, поскольку адресация данных и разрешение конфликтов, возникающих при обращении к одному модулю от нескольких источников, осуществляется логикой коммутационной матрицы.

Возникновение конфликтов в коммутационной матрице является в то же время основной причиной снижения эффективности мультипроцессоров с перекрестной коммутацией. Задержки доступа к памяти, вызванные тем, что она используется другими процессорами или устройствами ввода-вывода, снижают быстродействие процессоров и, следовательно, системы в целом.

Полностью лишены недостатков, присущих МПВК с общей шиной, МПВК с перекрестной коммутацией. Идея структурной организации таких ВК заключается в том, что все связи между устройствами осуществляются с помощью специального устройства - коммутационной матрицы. Коммутационная матрица (КМ) позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причем таких пар может быть сколько угодно: связи не зависят друг от друга.

В МПВК с перекрестной коммутацией нет конфликтов из-за связей, остаются только конфликты из-за ресурсов. Возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет добиваться очень высокой производительности комплекса. Важно отметить и такое обстоятельство, как возможность установления связи между устройствами на любое, даже на длительное время, так как это совершенно не мешает работе других устройств, зато позволяет передавать любые массивы информации с высокой скоростью, что также способствует повышению производительности комплекса. Заметим, что в МПВК с общей шиной передача информации массивами, т.е, занятие шины одной парой устройств на длительный отрезок времени, обычно допускается лишь в крайних случаях, так как это приводит к длительным простоям остальных устройств.

Кроме того, к достоинствам структуры с перекрестной коммутацией можно отнести простоту и унифицированность интерфейсов всех устройств, а также возможность разрешения всех конфликтов в коммутационной матрице. Важно отметить и то, что нарушение какой-то связи приводит не к выходу из строя всего комплекса, а лишь к отключению какого-либо устройства, т.е. надежность таких комплексов достаточно высока. Однако и организация МПВК с перекрестной коммутацией не свободна от недостатков.

Прежде всего - сложность наращивания ВК. Если в коммутационной матрице заранее не предусмотреть большого числа входов, то введение дополнительных устройств в комплекс потребует установки новой коммутационной матрицы. Существенным недостатком является и то, что коммутационная матрица при большом числе устройств в комплексе становится сложной, громоздкой и достаточно дорогостоящей. (Надо учитывать то обстоятельство, что коммутационные матрицы строятся обычно на схемах, быстродействие которых существенно выше быстродействия схем и элементов основных устройств, - только при этом условии реализуются все преимущества коммутационной матрицы.) Это обстоятельство в значительной степени усложняет и удорожает комплексы.

Для того чтобы упростить и удешевить ВК, коммутацию устройств осуществляют с помощью двух и даже более коммутационных матриц. Перекрестная коммутация довольно широко используется при построении ВК, в частности практически всех МПВК фирмы "Барроуз" (в том числе и упомянутого выше комплекса D-825).

В МПВК с многовходовыми ОЗУ все, что связано с коммутацией устройств, осуществляется в ОЗУ. В этом случае модули ОЗУ имеют число входов, равное числу устройств, которые к ним подключаются, т. е. для каждого устройства предусматривается свой вход в ОЗУ. В отличие от ВК с перекрестной коммутацией, которые -имеют централизованное коммутационное устройство, в МПВК с многовходовыми ОЗУ средства коммутации распределены между несколькими устройствами. Такой способ организации МПВК сохраняет все преимущества систем с перекрестной коммутацией, несколько упрощая при этом саму систему коммутации. Для наращивания системы должны быть предусмотрены дополнительные входы в ОЗУ. Правда, введение дополнительных модулей ОЗУ не вызывает затруднений.

Дата добавления: 2014-01-04