ПОД (пособие) (1184372), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В отличие от коммутации свременным разделением, реализуемым в системах с общей шиной, рассматриваемый методпереключения связей часто называют коммутацией с пространственным разделением.Перекрестный коммутатор является "неблокирующимся" в том смысле, что передача черезнего может быть запрещена из-за отсутствия путей передачи. Существует возможностьустановить одновременно несколько путей передачи информации в системе. В то же времяследует иметь в виду, что коммутатор может быть заблокирован, если одно из соединяемыхустройств уже занято.Одной из ранних структур, в которой реализован принцип перекрестной коммутации,явилась система, получившая название "полиморфная ЭВМ" (рис.
2.2). Модули ЭВМ,включающие блоки процессоров и памяти, могли осуществлять связь с периферийнымиустройствами через центральный коммутатор.В данной системе была сделана попытка организовать соединения непосредственно междупроцессорами и перекрестный доступ к памяти путем замыкания соответствующего наборапересечений. Сложность такого способа связи между процессорами и блоками памяти,неэффективность использования оборудования (процессор и память одного единственногомодуля, имея единственную шину связи, "мешают" друг другу) выявляют недостаткиструктуры "полиморфной ЭВМ" по сравнению со структурой системы, приведенной на рис.2.1Мультипроцессорные системы с перекрестной коммутацией, обладая несколько меньшейгибкостью, чем системы с общей шиной, позволяют тем не менее сравнительно простовводить новые модули, если коммутационная матрица обладает достаточной емкостью.Матрица полностью отделена от других функциональных блоков и может быть построенатакже но модульному принципу, что допускает ее расширение.
Однако вследствиесложности функций коммутатора, структура его может существенно усложниться.98Для обеспечения большей гибкости и увеличения возможностей по расширению в системеможет быть введена дополнительная коммутационная матрица устройств ввода-вывода.Такой коммутатор связывается с центральным через процессоры управления вводомвыводом (рис. 2.3), при этом устройства ввода- вывода могут подсоединяться к любомуканалу.
Рассмотренная структура мультипроцессорных систем используется в большихвычислительных системах фирмы "Burroughs" (США).Оригинальный вариант организации мультипроцессорной конфигурации предложен длясистемы Multi-Interpreter фирмы "Burroughs", в которую введена группа однотипныхпроцессорных блоков с микропрограммным управлением. Путем перезагрузки блоковмикропрограммной памяти одни и те же модули используются в качестве центральныхпроцессоров либо контроллеров ввода - вывода. Благодаря этому все процессоры, модулипамяти и периферийные устройства подключены к общей коммутационной матрице (рис.2.4).Мультипроцессорными системами с перекрестной коммутацией, кроме уже упомянутыхзарубежных ЭВМ, являются отечественная вычислительная система высокойпроизводительности "Эльбрус-1" и вычислительный комплекс СМ-2-одна из моделей СМЭВМ.Многокаскадные коммутационные сети.Составные коммутаторыПростые коммутаторы имеют ограничения на число входов и выходов, а также могуттребовать большого количества оборудования при увеличении этого числа (в случаепространственных коммутаторов).
Поэтому для построения коммутаторов с большим99количеством входов и выходов используют совокупность простых коммутаторов,объединенных с помощью линий "точка-точка".Составные коммутаторы имеют задержку, пропорциональную количеству простыхкоммутаторов, через которые проходит сигнал от входа до выхода, т.е. числу каскадов.Однако объем оборудования составного коммутатора меньше, чем простого с тем жеколичеством входов и выходов.Чаще всего составные коммутаторы строятся из прямоугольных коммутаторов 2 х 2 с двумявходами и выходами. Они имеют два состояния: прямое пропускание входов насоответствующие выходы и перекрестное пропускание.
Коммутатор 2 х 2 состоит изсобственно блока коммутации данных и блока управления. Блок управления в зависимостиот поступающих на него управляющих сигналов определяет, какой тип соединения следуетосуществить в блоке коммутации - прямой или перекрестный. При этом если оба входахотят соединиться с одним выходом, то коммутатор разрешает конфликт и связывает сданным выходом только один вход, а запрос на соединение со стороны второго блокируетсяили отвергается.Коммутатор КлозаКоммутатор Клоза может быть построен в качестве альтернативы для прямоугольногокоммутатора с (m x d) входами и (m x d) выходами. Он формируется из трех каскадовкоммутаторов: m коммутаторов (d x d) во входном каскаде, m коммутаторов (d x d) ввыходном и d промежуточных коммутаторов (m x m).Рис.
10.1. Коммутатор Клоза 3 x 4Соединения внутри коммутатора устроены следующим образом:j-й выход i-ого коммутатора входного каскада соединен с i-ым входом j-огопромежуточного коммутатора;j-й вход k-ого коммутатора выходного каскада соединен с k-ым выходом j-огопромежуточного коммутатора.Данный тип составных коммутаторов позволяет соединять любой вход с любым выходом,однако при установленных соединениях добавление нового соединения может потребоватьразрыва и переустановления всех соединений.Баньян-сетиКоммутаторы этого типа строятся на базе прямоугольных коммутаторов таким образом, чтосуществует только один путь от каждого входа к каждому выходу.100Наиболее важной разновидностью баньян-сетей является дельта-сеть. Она формируется изпрямоугольных коммутаторов (a x b) и представляет собой n-каскадный коммутатор с anвходами и bn выходами.
Составляющие коммутаторы соединены так, что для соединениялюбого входа и выхода образуется единственный путь одинаковой для всех пар входов ивыходов длины.Распределенные составные коммутаторыВ распределенных вычислительных системах ресурсы разделяются между задачами, каждаяиз которых исполняется на своем подмножестве процессоров. В связи с этим возникаетпонятие близости процессоров, которая является важной для активно взаимодействующихпроцессоров. Обычно близость процессоров выражается в различной каскадностисоединений, различных расстояниях между ними.Один из вариантов создания составных коммутаторов заключается в объединениипрямоугольных коммутаторов (v+1 x v+1), v > 1 таким образом, что один вход и один выходкаждого составляющего коммутатора служат входом и выходом составного коммутатора. Ккаждому внутреннему коммутатору подсоединяются процессор и память, образуявычислительный модуль с v-каналами для соединения с другими вычислительнымимодулями.
Свободные v-входов и v-выходов каждого вычислительного модулясоединяются линиями "точка-точка" с входами и выходами других коммутаторов, образуяграф межмодульных связей.Наиболее эффективным графом межмодульных связей с точки зрения организации обменаданными между вычислительными модулями является полный граф. В этом случае междукаждой парой вычислительных модулей существует прямое соединение. При этомвозможны одновременные соединения между произвольными вычислительными модулями.Однако обычно создать полный граф межмодульных связей невозможно по ряду причин.Обмен данными приходится производить через цепочки транзитных модулей. Из-за этогоувеличиваются задержки, и ограничивается возможность установления одновременныхсоединений. Таким образом, эффективный граф межмодульных связей долженминимизировать время межмодульных обменов и максимально увеличить количествоодновременно активизированных соединений.
Кроме того, на выбор графа межмодульныхсвязей влияет учет отказов и восстановлений вычислительных модулей и линий связи.Производительность вычислительных систем.Пиковая производительность.Главной отличительной особенностью многопроцессорной вычислительной системыявляется ее производительность, т.е. количество операций, производимых системой заединицу времени. Различают пиковую и реальную производительность.
Под пиковойпонимают величину, равную произведению пиковой производительности одногопроцессора на число таких процессоров в данной машине. При этом предполагается, что всеустройства компьютера работают в максимально производительном режиме. Пиковаяпроизводительность компьютера вычисляется однозначно, и эта характеристика являетсябазовой, по которой производят сравнение высокопроизводительных вычислительныхсистем. Чем больше пиковая производительность, тем (теоретически) быстрее пользовательсможет решить свою задачу. Пиковая производительность есть величина теоретическая и,вообще говоря, недостижимая при запуске конкретного приложения.
Реальная жепроизводительность, достигаемая на данном приложении, зависит от взаимодействия101программной модели, в которой реализовано приложение,особенностями машины, на которой приложение запускается.сархитектурнымиСуществует два способа оценки пиковой производительности компьютера. Один из нихопирается на число команд, выполняемых компьютером за единицу времени.
Единицейизмерения, как правило, является MIPS (Million Instructions Per Second).Производительность, выраженная в MIPS, говорит о скорости выполнения компьютеромсвоих же инструкций. Но, во-первых, заранее не ясно, в какое количество инструкцийотобразится конкретная программа, а во-вторых, каждая программа обладает своейспецификой, и число команд от программы к программе может меняться очень сильно. Всвязи с этим данная характеристика дает лишь самое общее представление опроизводительности компьютера.Другой способ измерения производительности заключается в определении числавещественных операций, выполняемых компьютером за единицу времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
