Многопроцессорные вычислительные системы

Многопроцессорная вычислительная система (МПВС) - это система (комплекс), включающий в себя два или более процессоров, имеющих общую ОП, общие периферий­ные устройства и работающих под управлением единой ОС, которая, в свою очередь, осуществляет общее управление техническими и программными средствами комплекса. При этом каждый из процессоров может иметь индивидуальные, доступные только ему ОЗУ и периферийные устройства.

Следует отметить, что МПВС в аппаратном плане значительно более сложны чем ММВС. При этом основная функция по организации вычислительного процесса возлага­ется на ОС, что значительно осложняет ее построение.

Однако, несмотря на все трудности, связанные с аппаратной и программной реали­зацией, МПВС получают все большее распространение, так как обладают рядом досто­инств, основные из которых:

• высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности рекон­фигурации;

• высокая производительность за счет возможности гибкой организации парал­лельной обработки информации и более полной загрузки всего оборудования;

• высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента ис­пользования оборудования комплекса.

Существует три типа структурной организации МПВС: с общей шиной; с перекрест­ной коммутацией; с многовходовыми ОЗУ.

В МПВС с общей шиной проблема связей всех устройств между собой решается крайне просто: все они соединяются общей шиной, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления (рис. 7.6). 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.

Рис. 7.6. МПВС с общей шиной

Достоинством такой структуры является простота, в том числе изменения комплек­са, а также доступность модулей ОЗУ для всех остальных устройств.

Недостатками является невысокое быстродействие (одновременный обмен инфор­мацией возможен между двумя устройствами, не более), относительно низкая надежность системы из-за наличия общего элемента - шины.

МПВС с перекрестной коммутацией лишены недостатков, присущих МПВС с об­щей шиной. В таких МПВС все связи между устройствами осуществляются с помощью коммутационной матрицы (рис. 7.7.). Коммутационная матрица (КМ) позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причем таких пар может быть сколько угодно: связи не зависят друг от друга.

Рис. 7.7. МПВС с перекрестной коммутацией

В МПВС с перекрестной коммутацией возможность одновременной связи несколь­ких пар устройств позволяет добиваться очень высокой производительности комплекса.

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.

Недостатками таких МПВС является сложность наращивания, что требует установ­ки новой коммутационной матрицы, а также то, что при большой номенклатуре уст­ройств КМ становится сложной, громоздкой и достаточно дорогостоящей.

Рис. 7.8, МПВС с многовходовым ОЗУ

В МПВС с многовжодовыми 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. Структура такого МПВС показана на рис.7.8.

В отличие от МПВС 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.

Кроме приведенных структурных организаций ММВС и МПВС нередко встречают­ся и смешанные.