загрузка...
загрузка...
На головну

Обчислювальні комплекси та системи

багатопроцесорні

Багатопроцесорний обчислювальний комплекс (МПВК) - це комплекс з декількох процесорів (або ПЕ), які взаємодіють між собою через єдиний ресурс під управлінням єдиної операційної системи, що організує весь процес обробки в комплексі.

Завдання управління, які вирішуються єдиної операційною системою в МПВК:

1. Всі завдання, які постають при реалізації мультипрограмного режиму.

2. Розподіл ресурсів і завдань між процесорами.

3. Синхронізація процесорів при вирішенні декількома процесорами однієї задачі.

4. Вирішення конфліктних ситуацій при зверненні кількох процесорів до єдиного ресурсу (ОЗУ, ПУ, канал і т. Д.).

5. Забезпечення працездатності обчислювальної системи при виході з ладу будь-якого блоку МПВС.

6. Планування обчислювального процесу з урахуванням оптимізації завантаження всіх процесорів.

Управління обчислювальним процесом в МПВК може бути організовано синхронним або асинхронним способом.

Асинхронний спосіб дозволяє форматувати початок чергового процесу відразу ж після закінчення попереднього. Запуск нового процесу можливий в тому випадку, якщо для нього готові всі дані. Повністю асинхронна форма запуску відповідає управлінню, яке називається управління потоком даних.

Багатопроцесорні обчислювальні системи (МПВС) - клас паралельних засобів обробки інформації, які характеризуються трьома особливостями:

- MIMD-архітектурою;

- Безліччю процесорів;

- Єдиним загальнодоступним ресурсом (як правило, загальною оперативною пам'яттю).

З розвитком архітектури ВС кордону між різними канонічними класами систем стираються, вже зараз вони в достатній мірі умовні.

Аналіз багатопроцесорних ВС і тенденцій їх розвитку дозволяє вважати як канонічної структуру мультипроцессора, представлену на рис. 5.4.

Многопроцессорная обчислювальна система являє собою композицію, в якій виділяються підмножина елементарних процесорів (ЕП), підмножина модулів пам'яті (МП) і комутатор, що забезпечує взаємодію між будь-якими елементами різних підмножин. Підмножина модулів пам'яті МП1- МПm, По суті є спільною пам'яттю для всіх процесорів ЕП1-ЕПn, Зазвичай n?m. Взаємодія між ЕП здійснюється не через комутатор, а через загальну пам'ять. Все ЕП, як правило, ідентичні.

У перших МПВС (60-е і 70-ті роки ХХ ст.) Число n досягало десяти. Сучасні багатопроцесорні ВС є системи з числом ЕП від 10 до 105.

На перший погляд може здатися, що створення МПВК (або МПВС) вирішує всі питання забезпечення високої продуктивності. Дійсно, що може бути простішим - встановлюй велике число ЦП, став ОП досить великого обсягу і з хорошими характеристиками швидкодії, набір периферійного обладнання та отримуй відповідний ефект. Однак існує принаймні дві проблеми, які ускладнюють вирішення завдання підвищення продуктивності таким способом.

Перша проблема - організація зв'язків між елементами комплексу (рис. 5.5).

Друга проблема полягає в організації обчислювального процесу в такому комплексі.

Існує три типи структурної побудови МПВК: із загальною або розділяється в часі шиною; з перехресної комутацією; з багатовхідних оперативною пам'яттю. МПВК з такими структурами вважаються класичними.


 Структурна схема МПВК із загальною або розділяється в часі шиною (рис. 5.6, а). Всі пристрої об'єднуються загальною сукупністю проводів (загальною шиною), по яких передаються дані, адреси, команди, сигнали.

Структура МПВК з перехресної комутацією (рис. 5.6, б). Тут використовується спеціальний централізований комутатор, що зв'язує між собою всі компоненти комплексу. При цьому комутатор будується таким чином, що одночасно можуть відбуватися передачі інформації між декількома парами пристроїв.

Структура МПВК з використанням багатовхідних пам'яті (рис. 5.6, в). Тут комутація здійснюється в модулях ОП, кожен з яких має число входів-виходів, яка дорівнює кількості інших компонентів комплексу. Таким чином, кожен компонент має безпосередній зв'язок з модулем ОП. Структура такого МПВК подібна до структури з комутатором, тільки комутатор виконаний не у вигляді одного окремого пристрою, а розподілений по всіх модулях пам'яті. Таке рішення з багатьох причин спрощує реалізацію. За такою схемою будується більшість промислових комплексів, зокрема за такою схемою виконані комплекс "Ельбрус" і комплекси на базі ЄС ЕОМ.

Ефективність роботи МПВС (МПВК) в дуже сильному ступені залежить від організації обчислювального процесу, що вимагає значних витрат, т. Е. Від способів розподілу і використання апаратних, програмних і інформаційних ресурсів. Виділяють три основні способи огранізації обчислювального процесу в багатопроцесорних ВС: ведучий-ведений; з роздільним виконанням завдань; симетрична обробка.

· Найбільш проста організація обчислювального процесу будується за принципом "ведучий-ведений", коли на один з процесорів покладаються функції з управління всіма іншими. Ведучий процесор розподіляє завдання і необхідні для їх виконання ресурси, що виключає конфлікти через ресурсів і зменшує частоту незапланованих ситуацій. При цьому сам ведучий процесор практично виключається з вирішення прикладних завдань і стає вузьким місцем в плані надійності.

· Організація з роздільним виконанням завдань. Всі процесори знаходяться в рівних умовах - виконують всі функції, пов'язані з обробкою інформації. Однак це досягається за рахунок статичного розподілу ресурсів одночасно з розподілом завдань; при виконанні прикладних процесів перерозподілятися не можуть, що призводить до нерівномірного завантаження процесорів, каналів, модугей пам'яті і, отже, зниження ефективності комплексу. (+ 1) надійність вище; 2) все ПЕ однорідні за функціями »)

· При симетричній обробці встановлюється перелік завдань (який може постійно нарощуватися) і кожен процесор при звільненні від попередньої задачі вибирає собі нову із загального переліку, набираючи собі необхідні ресурси (області ОП, зовнішню пам'ять, канали, ПУ). Потенційно така організація може забезпечити найвищу завантаження процесорів, але викликає безліч конфліктних ситуацій між ними через ресурсів і ускладнює проблеми синхронізації процесів.

Багатомашинні обчислювальні комплекси «-- попередня | наступна --» Обчислювальні системи із загальною пам'яттю
загрузка...
© om.net.ua