Средства уменьшения влияния ввода-вывода на длительность всего процесса обработки информации в высокопроизводительных системах обработки данных

Ввод-вывод информации в многопроцессорной системе с общей оперативной памятью (структурная схема), роль процессора ввода-вывода и контроллера периферийных устройств.

Проблема ввода – вывода существенно усложняется, если высокопроизводительная СОД не имеет общей ОП для многопроцессорных элементов. Для таких СОД может быть применена схема ввода – вывода с использованием коммутатора (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Коммутатор для организации ввода – вывода в системах без общей ОП.

На рисунке функции коммутатора выполняет системный контроллер – специально выделенное устройство, которое осуществляет функции диспетчеризации, управления обменом между отдельными ПЭ и между локальными ОП, а также отдельными ПЭ и СВВ. Таким образом, системный контроллер управляет доступом к основной распределенной памяти как для ПЭ, так и для каналов ввода – вывода.

Значительно сложнее представлен ввод – вывод в высокопроизводительных СОД, работающих в РМВ (реальном масштабе времени). Если такая СОД работает в многозадачном режиме, то возникает необходимость планирования задач. Для этого применяются специальные алгоритмы. Наиболее распространенными являются алгоритмы планирования по убыванию частот и по ближайшим срокам завершения задач. Каждая задача, стоящая в очереди на выполнение, получает статически или динамически назначенный приоритет, который тем выше, чем выше частота инициирования задачи (при планировании по убыванию частот) или чем ближе назначенный срок ее выполнения (при втором алгоритме). Однако ввод – вывод в режиме ПДП, какие бы структурные методы ни предпринимались, оказывает косвенное влияние на длительность решения задачи из-за одновременного обращения к ОП.

Эта проблема типична для СОД РМВ, в которых запас вычислительной мощности практически отсутствует. Проблема решается путем интеллектуализации процесса ввода – вывода, который необходимо планировать совместно с планированием задач обработки. Для этого блоки сопряжения должны выполняться в виде достаточно сложных ПВВ, обладающих значительными объемами буферной памяти, которые позволяют разделить временные моменты получения информации от источника во внешнем мире и непосредственно передачи ее в ОП системы. Тем самым появляется возможность обслуживания «нетерпеливых» источников информации не в режиме наивысшего приоритета.

Кроме этого система подключения ПВВ должна допускать изменение приоритетов на этапе планирования задач, т.е. динамические при работе СОД. Если пропускная способность СВВ превышает значение, соответствующее условию сбалансированности СОД для данного класса задач, то эффективность производительности СОД ограничится возможностями средств обработки. Такое положение характерно при выполнении сложных научно-технических расчетов, например, с большим количеством матричных вычислений, матричных операций с помощью ЭВМ общего назначения. Задачи данного класса характеризуются высокой интенсивностью обработки, т.е. большим числом операций над одним элементом данных. Повышение эффективности быстродействия вычислительной системы на этом классе задач может получиться за счет включения в систему спецпроцессора, реализующего часто встречающиеся и требующие значительных затрат времени операции. Однако подключение спецпроцессора к существующей СОД, если априорно это подключение не предусматривалось, может представлять весьма сложную техническую задачу. Один из возможных путей ее решения заключается в подключении спецпроцессора к СОД посредством СВВ (рис. 3.4).

Рис. 3.4 Подключение спецпроцессора с помощью СВВ.

Такой спецпроцессор называется периферийным (ПП). Он подключается к ОП или к системному контроллеру через канал ввода – вывода аналогично периферийному устройству.

Задача СВВ в этом случае состоит в том, чтобы загрузить локальную память ПП исходными данными перед началом операции в данном ПП, затем инициировать операцию и результаты обработки вернуть в основную память СОД.

Помимо матричных по такой схеме могут включаться и другие спецпроцессоры, в частности, фильтр - процессоры при обработке баз данных.

Общее правило: для сокращения длительности всего процесса обработки от момента поступления запроса до выдачи результатов необходимо ускорять наиболее длительные его этапы или организовывать их совмещение по времени. Это достигается рядом мер, в том числе структурными методами, к которым относятся методы и средства аппаратной и программной организации параллелизма низкого уровня. К ним относятся:

- автономные системы ввода – вывода (СВВ – аналог СУО применимо к одному компьютеру), обеспечивающие совмещение во времени процессов обработки и ввода – вывода;

- многомодульная память, обеспечивающая ее «расслоение»;

- конвейеры команд, которые позволяют совместить во времени выполнение различных фаз нескольких последовательных команд;

- средства сопроцессирования и функционально распределенной организации обработки.

Организация систем ввода – вывода для высокопроизводительных машин имеет чрезвычайно важное значение, т.к. с увеличением быстродействия средств обработки увеличивается потребность в исходных данных и увеличиваются объемы результатов обработки.

Для высокопроизводительных СОД (систем обработки данных) характерно наличие внешних запоминающих устройств, содержащих магнитные и оптические диски с большим объемом хранимой информации, а для СОД, работающих в реальном масштабе времени характерно наличие источников информации, характеризуемых высокими скоростями ее передачи. Во всех высокопроизводительных СОД реализованы автономные СВВ, обеспечивающие совмещение процессов обработки и ввода – вывода.

Дата добавления: 2014-01-20