Мультипроцессорные системы

И многомашинных систем

Принципы организации мультипроцессорных

Целью в создании мультипроцессорных и многомашинных систем является стремление к повышению надежности (живучести) и повышению быстродействия ВС сверх возможностей одной машины (процессора). В многомашинных ВС в едином комплексе работает несколько ЭВМ одного или различного типа, имеющих каждая свою оперативную память, свои периферийные устройства и операционную систему. Взаимодействие этих машин осуществляется через специальные аппаратные средства связи (интерфейс II уровня) и в результате взаимодействия их операционных систем.

Мультипроцессорные системы содержат в своем составе несколько центральных процессоров, работающих с единой оперативной памятью и, как правило, с общедоступным набором периферийных устройств. С точки зрения надежности мультипроцессорные системы предпочтительнее многомашинных ВС, т. к. выход из строя любого модуля системы, имеющего своего «двойника», (в том числе и центрального процессора) приводит лишь к снижению ее эффективности, но не к отказу отдельных функций вообще.

Быстродействие мультипроцессорных систем также, вообще говоря, выше многомашинных комплексов, что определяется наличием «узкого канала» передачи данных в последних. В мультипроцессорной системе обмен информацией происходит быстро через общедоступную оперативную память (интерфейс I уровня).

Тем нс менее, распространение многомашинных ВС значительно превышает использование мощных мультипроцессорных комплексов. Это положение прежде всего объясняется очень большой стоимостью последних и в основном за счет стоимости сложнейшей операционной системы. Пользователям выгоднее приобретать отдельные ЭВМ, постепенно наращивая свои вычислительные мощности объединением их в многомашинные ВС или сети ЭВМ. Кстати, в отличие от сетей ЭВМ, многомашинные комплексы представляют собой объединение небольшого числа ЭВМ расположенных на расстояниях до 50 м друг от друга. При этом связь между машинами осуществляется, как правило, через интерфейс второго уровня (периферийных устройств) с использованием аппарата прерывания программ или прямого доступа к памяти.

Идея параллелизма, нашедшая свое техническое воплощение сначала в однопроцессорных ВС (Рисунок 2.5.1), с развитием микроэлектроники получила развитие в системах с многими центральными процессорами. Параллелизм можно рассматривать более широко, чем параллельное выполнение процессов решения отдельных задач.

1. Естественный параллелизм задач, рассмотренный нами в случае однопроцессорных машин, зиждется на независимости ряда программ коллектива пользователей от результатов друг друга.

2. Параллелизм независимых ветвей также частично нами рассматривался. Большая задача, обращающаяся к устройствам ввода-вывода, выполняется на центральном и периферийных процессорах параллельно, благодаря выполнению ветви расчетов и ветвей ввода-вывода. Идя дальше, можно предположить возможность разложения на параллельные ветви и вычислительного процесса.

3. Параллелизм объектов и данных опирается на особенность большого класса задач, которые обрабатывают наборы входных данных с использованием многократно одного и того же алгоритма (обработка данных от датчиков и т. п.). Такая обработка математически описывается операциями над векторами и матрицами.

Рисунок 2.5.1 – Однопроцессорная ВС (ОКОД)

Идеи параллелизма воплощаются на мультипроцессорных системах благодаря переходу от одиночного потока команд (ОК) к множественному потоку (МК) и от одиночного потока данных (ОД) к множественному потоку (МД).

Матричные ВС представляют собой систему типа ОКМД, содержащую несколько одинаковых быстродействующих центральных процессоров, которые располагаются в узлах некоторой матрицы (Рисунок 2.5.2). В данной системе может эффективно реализоваться идея параллелизма объектов и данных. Мультиплексирование одиночного потока команд позволяет осуществлять на матричной ВС идеи параллелизма независимых задач и независимых ветвей.

Конвейерные ВС (Рисунок 2.5.3) можно классифицировать как системы класса МКОД. Однако на практике не существует такого класса задач, в которых одна и та же последовательность данных подвергалась бы обработке разными программами.

Рисунок 2.5.2 – Матричная ВС (ОКМД)

Рисунок 2.5.3 – Конвейерная ВС (МКОД)

Поэтому в машинах этого класса конвейер составляют специализированные процессоры различного типа. Устройство управления расчленяют каждую команду одиночного потока команд на несколько последовательных операций, характерных для каждого из процессоров. Простейшую реализацию этой идеи мы видели на примере микропроцессора К1810ВМ86. В одном корпусе этого прибора располагаются два специализированных процессора (блока) ЕU и ВIU, которые параллельно занимаются двумя различными функциями: преобразованием данных и пересылкой данных соответственно.

Наиболее универсальными являются системы структуры МКМД. Они приспособлены к решению любых проблем параллелизма, однако практическая их реализация наталкивается на существенные трудности организации управления (операционных систем).

Список литературы к Части II

1. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. –СПб.:Питер, 2004. -668с.

2. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов, 2-е изд. –СПб.: Питер, 2004. -703с.

3. Колин А. Введение в операционные системы.- М.: Мир, 1975. – 120с.

4. Соловьев Г.Н. Никитин В.Д. Операционные системы ЭВМ: Учебное пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989 – 255с.

5. Таненбаум Э. Архитектура компьютера., 4-е издание. –СПб: Питер, 2003.

6. Синклер А. Большой толковый словарь компьютерных терминов. – М.: Вече, АСТ, 1999. – 510с.

7. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины. - М.:Энергоатомиздат, 1991. - 591с.

8. Гиляров В.Н. Организация вычислительных систем программные средства и комплексирование. – текст лекций. Л.: 1990. – 35с.

9. Еремин Е.А. Популярные лекции об устройстве компьютера. – СПб: БХВ-Петербург, 2003. – 270с.

10. Универсальные машины семейства СМ-1800 /Кабанов Н.Д. и др./ Под ред. Преснухина Л.Н. М.: Высш. шк., 1988 – 158с.

Дата добавления: 2014-01-11