Билет №10 вопрос №2
Многомашинные и микропроцессорные ВС. Принципы организации. Сравнительный анализ.
ВТ в своем развитии по пути повышения быстродействия ЭВМ приблизилась к физическим пределам. Время переключения электронных схем достигло долей наносекунды, а скорость распространения сигналов в линиях, связывающие элементы и узлы машины ограничена значением 30 см/нс (скорость света). Поэтому дальнейшее уменьшение времени переключения электронных схем не позволит существенно повысить производительность ЭВМ. В этих условиях требования практики по дальнейшему повышению быстродействия ЭВМ могут быть удовлетворены только путем распространения принципа параллелизма на сами устройства обработки информации и создания многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем. Такие системы позволяют производить распараллеливание во времени выполнения программы или параллельное выполнение нескольких программ. Работа в системах обработки данных и управления, особенно при работе в режиме реального времени требует высокой надежности, и готовности что решается на основе принципа избыточности, и ориентирует на построение такого рода комплексов. Различие и принципы организации многомашинной и многопроцессорной ВС поясняет рисунок данный ниже:
Многомашинная (ММС) ВС содержит несколько ЭВМ, каждая их которых имеет свою ОП
и работает под управлением своей операционной системы, а так же средства обмена
информации между машинами. Реализация обмена информацией происходит в конечном
итоге путем взаимодействия операционных систем разных машин между собой. Это
ухудшает динамические характеристики процессов межмашинного обмена данными. Их
применение позволяет повысить надежность вычислительных установок. При отказе в
одной машине обработку данных может продолжить другая машина. Однако можно
заметить, что при этом оборудование комплекса недостаточно эффективно
используется для этой цели. Достаточно в этой системе в каждой из машин выйти
из строя хотя бы по одному устройству как вся система становится
неработоспособной. Этих недостатков лишены многопроцессорные системы (МПС). В
них процессоры обретают статус рядовых агрегатов вычислительной системы,
которые подобно другим агрегатам, таким как модули памяти, каналы, ПУ,
включаются в состав системы в нужном количестве. Вычислительная система называется
многопроцессорной, если она содержит несколько процессоров, работающей с общей
ОП и управляется одной общей операционной системой. Часто в МПС организуется
общее поле внешней памяти. Под общим полем подразумевается равнодоступность
устройства. Для памяти это означает что все модули памяти, доступны всем
процессорам и каналам ввода вывода (или всем ПУ в случае наличия общего
интерфейса). В МПС по сравнению с ММС достигается более быстрый обмен
информацией между процессорами через общую ОП, и поэтому может быть получена
более высокая производительность, более быстрая реакция на ситуации,
возникающими внутри системы и ее
внешней среде, и более высокую надежности и живучесть, так как система
сохраняет работоспособность пока работоспособны хотя бы по одному модулю
каждого типа устройства. Однако построение ММС из стандартно выпускаемых ЭВМ с
их стандартными операционными системами, значительно проще, чем построение МПС,
требующих преодоления определенных трудностей, возникающих при реализации
общего поля ОП, и главное трудоемкой разработки специальной операционной
системы. В настоящее время данная проблема решена путем создания плат
построенных на чипсете фирмы INTEL
PR440FX второе название Providence
и операционной системы Windows
NT ( New Technology) .При их создании возникает множество проблем , среди
которых осуществление быстродействующих экономичных по аппаратурным затратам
межмодульных связей , снижение потерь производительности из-за конфликтов при
попытке нескольких процессоров использовать один и тот же ресурс. МПС и ММС сооздаваемые путем комплесирования
оборудования нескольких серийных ЭВМ , часто называют вычислительными
комплексами ВК, обычно управляющей каким – либо обьектом. На основе
многопроцессорности и модульного принципа построения других устройств системы
возможно создание отказоустойчивых систем или так назвыаемых систем повышенной живучести.
ММС и МПС могут быть однородными и неоднородными. Однородные системы содержат
однотипные ЭВМ или процессоры. Неоднородные ММС состоят из ЭВМ различного типа
а в неоднородных МПС используются различные специализированнные процессоры,
например рпоцессоры для операций над числами с плавающей точкой , для обработки
десятичных чисел, процессор реализующий функции операционной системы и др. МПС
и ММС могут иметь одноуровневую и иерархическую структуру. В первом случае
машины (процессоры) системы образуют один общий уровень обработки данных , а во
втором система содержит отдельные машины (процессоры) для выполнения различных
уровней обработки информации . Обычно менее мощная машина (саттелит) берет на
себя ввод информации с различных терминалов и ее предварительныю обработку ,
разгружая от этих сравнительно простых операций , основную, более мощную ЭВМ,
чем достигается увеличение общей пропускной способности комплекса. Обычно саттелит – микроЭВМ. Важной
структурной особенностью ВС является способ организации связи между
устройствами (модулями) системы. Он непосредственно влият на быстроту обмена
информацией между модулями системы, а следовательно и на производительность,
быстроту реакции на поступающие запросы , приспособленность к изменению
конфигурации, и , наконец, на размеры аппаратурных затрат на осуществление
межмодульных связей. В частности от организации межмодульных связей зависит
частота возникновения конфликтов при обращении процессора к одним и тем же
ресурсам.и потери производительности из-за конфликтов. Используются следующие
способы организации межмодульных связей:
· Многоуровневые связи, соответствующие иерархии интерфейсов ЭВМ
· Общая шина
· Регулярные связи между модулями
· Коммутатор межмодульных связей
Принципы организации МПС и ММС существенно отличаются в зависимости от их предназначения . Поэтому целесообразно различать :
1. ВС, ориентированные на повышение надежности и живучести
2. ВС, ориентированные на достижение сверхвысокой производительности.