Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 45

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 45)

Основные определения. Классы архитектурвычислительных системЕсли не вдаваться в подробности, вычислительные системы(ВС) прежде всего можно различать, как:• многомашинные;• многопроцессорные.Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общейоперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную).

Каждыйкомпьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может бытьполучен только при решении задач, имеющих очень специальнуюструктуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.Многопроцессорная архитектура.

Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов однойзадачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 3.1. Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.УУУУАЛУАЛУ11...УУАЛУ1ОЗУРис. 3.1. Архитектура многопроцессорной ВСУУАЛУОЗУРис. 3.2. Архитектура с параллельными процессорами3.1.

Основные определения. Классы архитектур ЕС229Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколькоАЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе, т. е. поодному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектурыможно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

Структура таких компьютеров представлена на рис. 3.2.Уровни и средства комплексирования.Логические и физические уровниВ создаваемых ВС стараются обеспечить несколько путей передачи данных, что позволяет достичь необходимой надежностифункционирования, гибкости и адаптируемости к конкретным условиям работы.

Эффективность обмена информацией определяетсяскоростью передачи и возможными объемами данных, передаваемыми по каналу взаимодействия. Эти характеристики зависят отсредств, обеспечивающих взаимодействие модулей, и уровня управления процессами, на котором это взаимодействие осуществляется.Сочетание различных уровней и методов обмена данными междумодулями ВС наиболее полно представлено в универсальных суперЭВМ и больших ЭВМ, в которых сбалансированно использовалисьосновные методы достижения высокой производительности.

В этихмашинах предусматривались следующие уровни комплексирования(рис. 3.3):1) прямого управления (процессор — процессор);2) общей оперативной памяти;3) комплексируемых каналов ввода-вывода;4) устройств управления внешними устройствами (УВУ);5) общих внешних устройств.На каждом из этих уровней используются специальные технические и программные средства, обеспечивающие обмен информацией.Уровень прямого управления служит для передачи коротких однобайтовых приказов-сообщений.

Последовательность взаимодействияпроцессоров сводится к следующему. Процессор-инициатор обменапо интерфейсу прямого управления передает в блок прямого управления байт-сообщение и подает команду «прямая запись». У другогопроцессора эта команда вызывает прерывание, относящееся к классувнешних.

В ответ он вырабатывает команду «прямое чтение» и записывает передаваемый байт в свою память. Затем принятая информа-230Глава 3. Вычислительные системы' ОС 2Уровень 1"Т'Процессор 2=^—___=======- — IIРис. 3.3. Уровни комплексирования машин в вычислительную системуция расшифровывается и по ней принимается решение. После завершения передачи прерывания снимаются, и оба процессора продолжают вычисления по собственным программам. Видно, чтоуровень прямого управления не может использоваться для передачибольших массивов данных, однако оперативное взаимодействие отдельными сигналами широко используется в управлении вычислениями.

У ПЭВМ типа IBM PC этому уровню соответствует комплексирование процессоров, подключаемых к системной шине.Уровень общей оперативной памяти (ООП) является наиболеепредпочтительным для оперативного взаимодействия процессоров.В этом случае ООП эффективно работает при небольшом числе обслуживаемых абонентов.Уровень комплектуемых каналов ввода-вывода предназначаетсядля передачи больших объемов информации между блоками оперативной памяти, сопрягаемых в ВС. Обмен данными между ЭВМосуществляется с помощью адаптера «канал—канал» (АКК) и команд «чтение» и «запись». Адаптер — это устройство, согласующеескорости работы сопрягаемых каналов.

Обычно сопрягаются селекторные каналы (СК) машин как наиболее быстродействующие.Скорость обмена данными определяется скоростью самого медленного канала. Скорость передачи данных по этому уровню составляетнесколько мегабайт в секунду. В ПЭВМ данному уровню взаимодействия соответствует подключение периферийной аппаратуры через контроллеры и адаптеры.3.1. Основные определения. Классы архитектур ВС231Уровень устройств управления внешними устройствами (УВУ)предполагает использование встроенного в УВУ двухканального переключателя и команд «зарезервировать» и «освободить».

Двухканальный переключатель позволяет подключать УВУ одной машинык селекторным каналам различных ЭВМ. По команде «зарезервировать» канал — инициатор обмена имеет доступ через УВУ к любымнакопителям на дисках НМД или на магнитных лентах НМЛ. Насамом деле УВУ магнитных дисков и лент — совершенно различныеустройства. Обмен канала с накопителями продолжается до полногозавершения работ и получения команды «освободить». Только послеэтого УВУ может подключиться к конкурирующему каналу.

Толькотакая дисциплина обслуживания требований позволяет избежатьконфликтных ситуаций.На четвертом уровне с помощью аппаратуры передачи данных(АПД) (мультиплексоры, сетевые адаптеры, модемы и др.) имеетсявозможность сопряжения с каналами связи. Эта аппаратура позволяет создавать сети ЭВМ.Пятый уровень предполагает использование общих внешних устройств. Для подключения отдельных устройств используется автономный двухканальный переключатель.Пять уровней комплексирования получили название логическихпотому, что они объединяют на каждом уровне разнотипную аппаратуру, имеющую сходные методы управления. Каждое из устройствможет иметь логическое имя, используемое в прикладных программах.

Этим достигается независимость программ пользователей отконкретной физической конфигурации системы. Связь логическойструктуры программы и конкретной физической структуры ВСобеспечивается операционной системой по указаниям — директивам пользователя, при генерации ОС и по указаниям диспетчера-оператора вычислительного центра. Различные уровни комплексирования позволяют создавать самые различные структуры ВС.Второй логический уровень позволяет создавать многопроцессорные ВС. Обычно он дополняется и первым уровнем, что позволяет повышать оперативность взаимодействия процессоров.

Вычислительные системы сверхвысокой производительности должныстроиться как многопроцессорные Центральным блоком такой системы является быстродействующий коммутатор, обеспечивающийнеобходимые подключения абонентов (процессоров и каналов) кобщей оперативной памяти.Уровни 1, 3, 4, 5 обеспечивают построение разнообразных машинных комплексов. Особенно часто используется третий в комбинации с четвертым.

Целесообразно их дополнять и первым уровнем.J232Глава 3. Вычислительные системыПятый уровень комплексирования используется в редких специальных случаях, когда в качестве внешнего объекта используетсякакое-то дорогое уникальное устройство. В противном случае этотуровень малоэффективен. Любое внешнее устройство — это недостаточно надежное устройство точной механики, а значит, выгоднееиспользовать четвертый уровень комплексирования, когда можносразу управлять не одним, а несколькими внешними устройствами,включая и резервные.Чтобы дать более полное представление о многопроцессорныхвычислительных системах, помимо высокой производительностинеобходимо назвать и другие отличительные особенности. Преждевсего это необычные архитектурные решения, направленные на повышение производительности (работа с векторными операциями,организация быстрого обмена сообщениями между процессорамиили организация глобальной памяти в многопроцессорных системах и др.).Классификация архитектуры вычислительных системс параллельной обработкой данных (М.

Характеристики

Список файлов книги