~5 (Выборочные ответы к государственному экзамену факультета ВМС специальности 2201)

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:

М
ногомашинная (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.