Мультипроцессорные системы

Представляют собой один из вариантов организации архитектуры МКМД (MSMD). Они предназначены для распараллеливания обработки, за счет взаимодействия множества процессов. Мультипроцессорные системы по структуре шинных связей между процессорами можно разделить на системы соединения одной шиной, системы с кольцевой шиной, системы с матричной коммутацией, системы с многоуровневой коммутацией (древовидные), системы с многоступенчатой коммутацией.

К мультипроцессорным системам относятся систолические матрицы или систолические процессоры. Систолические матрицы являются одной из структур специализированных операционных устройств, предназначенных для скоростной обработки больших объемов данных. Систолические матрицы обладают следующими особенностями:

1. Удобна для выполнения в виде СБИС ‑ в ней одинаковые операционные элементы размещаются строго регулярно в виде одно- и двумерных массивов. Каждый процессорный элемент обменивается данными с соседними элементами.

2. На основные процессорные элементы, расположенные на периферии матрицы, регулярно подается поток данных, а управление всей систолической матрицей производится по конвейерному принципу. Входной поток данных, проходя все ступени конвейера, обрабатывается каждым операционным устройством и после обработки выводится.

Структура связей в матрице определяется конкретным применением. Рассмотрим работу матрицы на основе перемножения линейчатой матрицы и вектора.

В начальном состоянии все Yi равны 0. На ПЭ с интервалом 2 такта, в порядке возрастания i, подают слева Xi и справа Yi. В самих процессорных устройствах Xi и Yi перемещаются соответственно вправо и влево, с интервалом в 1 такт. Элементы A ленточной матрицы перемещаются сверху вниз. В ПЭ поступившие значения X и A перемножаются, а результаты суммируются с поступившим значением Y. Такие операции циклически повторяются и с выхода ПЭ1, через каждые 2 такта, выдаются значения Yi в порядке возрастания i. Если ширина ленточной матрицы M, то все рачёты завершаются через 2M+N тактов, N = p+q-1. При обычных вычислениях потребовалось бы MN тактов.

Транспьютеры

Факторы, определяющие производительность машины:

1. Время переключения вентилей.

2. Расстояние между устройствами.

Одним из важных свойств СБИС является то, что время обмена между модулями значительно больше, чем между компонентами одного модуля, поэтому транспьютер включает и процессор и память на одной интегральной плате. Скорость можно увеличить если использовать однонаправленные сигнальные линии, каждая из которых соединяет два модуля. Для обеспечения максимальной скорости и минимального монтажа, транспьютер использует двухточечную последовательную линию для прямой связи с другими транспьютерами.

Inmos  первый разработчик транспьютеров. В это же время был разработан язык программирования Okkam.

Транспьютеры относятся к классу RISC-процессоров (выполнение команды за 1 такт). Система команд ориентирована на поддержку языка высоко уровня Okkam  язык параллельных программ.

Программа на Okkam представляет собой совокупность асинхронных, совместно протекающих и взаимодействующих процессов. Под процессом понимается ход исполнения программы или её фрагмента. Взаимодействие между процессами реализуется путём обмена данными по принципу “рандеву” (через канал).

Данная модель вычислений поддерживается аппаратным диспетчером, обеспечивающим выполнение параллельных процессов в режиме квантования времени. Количество одновременно выполняющихся процессов не ограничено.

Мультипроцессорная система на базе транспьютеров представляет собой совокупность транспьютеров, соединённых линиями связи. Одинаковая модель параллельных вычислений поддерживается как внутри отдельного транспьютера, так и рамках мультипроцессорной системы => программа, написанная на для мультипроцессорной системы может быть отлажена на одном транспьютере. Исключение составляет ограничение числа каналов связи процесса с процессами, протекающими на других транспьютерах.

Процессор транспьютера состоит из 32- или 16- разрядного CPU, интерфейса внешней памяти, двух или четырёх двунаправленных каналов (линков), таймера, программируемого блока событий, внутреннего ОЗУ (4 Кб). Некоторые модели содержат 64-разрядный процессор с плавающей точкой и интерфейсы для подключения HDD, дисплеев, сетевых карт...