§5.2. Многопроцессорные комплексы.

Многопроцессорный вычислительный комплекс (МПВК)- это комплекс, включающий в себя два или боле процессора, имеющих общую ОП, общие периферийные устройства и работающий под управлением единой операционной системы.

Следует оговорить, что любой процессор может иметь индивидуальные, доступные только ему ОЗУ и ПУ.

Упрощенную схему МПВК из трех процессоров и двух модулей ОЗУ и одной подсистемы ввода/вывода ( ПВВ) можно представить следующим образом (рисунок 5.2):

Рисунок 5.2.

Даже для такого простого варианта схема оказывается достаточно сложной, так как в МПВК должен быть обеспечен доступ любого процессора и любого канала ввода вывода к любой ячейке ОЗУ, любого процессора к любому каналу ввода вывода и периферийному устройству. Если представить, что процессоров существенно больше, что ОЗУ по соображениям надежности и удобства наращивания емкости выполнено в виде нескольких модулей, а ПВВ включает в себя несколько каналов и большое число ПУ, то становится ясным, насколько сложна топология МПВК. Кроме того, надо учесть, что для работы ОС аппаратные средства должны обеспечить защиту памяти от взаимного влияния программ и возможность запуска одним процессором другого, сложность МПВК становиться ясной. Сюда еще надо отнести задачи распределения ресурсов, синхронизации процессов при решении несколькими процессорами одной задачи, конфликтные ситуации и тому подобное. МПВК обладает рядом достоинств, основные из которых:

• Высокая надежность и готовность за счет резервирования и реконфигурации.

• Высокая производительность.

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

§5.3. Типы структур мпвк.

Основные типы структурной организации МПВК следующие: с общей шиной, с перекрестной коммутацией, с многовходовой ОЗУ.

В системах с общей шиной (рисунок 5.3) все устройства соединяются между собой с помощью шины, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления. Интерфейс является односвязным, то есть обмен информацией в любой момент времени, может происходить только между двумя устройствами. В противном случае возникает конфликт, который разрешается с помощью систем приоритетов и организации очередей. Обычно функцию арбитра выполняет либо процессор, либо специальное устройство.

Общая шина

Рисунок 5.3.Система с общей шиной.

Достоинство общей шины - простота и возможность наращивания, и, как следствие, низкая стоимость.

Недостатки:

• невысокое быстродействие;

• относительная низкая надежность. Отказ шины приводит к катастрофическому отказу системы.

Система с перекрестной коммутацией (рисунок 5.4) лишена недостатков систем с общей шиной. Здесь все связи между устройствами осуществляются с помощью специального устройства – коммутационной матрицы (КМ). КМ позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причем таких пар может быть несколько. Это зависит только от сложности КМ.

Рисунок 5.4.

В системе с перекрестной коммутацией нет конфликтов из-за связей, есть только конфликты из-за ресурсов. За счет одновременных связей обеспечивается высокая производительность системы. Здесь возможно занятие связи на длительный период времени, что позволяет передавать любые массивы информации, в то время, как в системе с общей шиной занятие шины одной парой устройств на длительный период времени не допускается. К достоинствам перекрестной коммутации можно отнести простоту и унифицированность интерфейсов всех устройств, а также возможность разрешения всех конфликтов в КМ. Кроме того, выход из строя связи не приводит к отказу.

Недостатки:

• Сложность наращивания ВК, которая зависит от сложности КМ. Приходится заранее предусматривать большое число входов.

• Сложность и большая стоимость самого ПК.

• Низкая надежность, т.к. ПК строится на основе активных элементов.

В системах с многовходовыми ОЗУ (рисунок 5.5) модули ОЗУ имеют число входов, равное числу устройств, которые к ним подключаются.

Рисунок 5.5.

В отличие от ВК с ПК, которое имеет централизованное коммутационное устройство, в системе с многовходовой ОЗУ средства коммутации распределяются между несколькими устройствами. Такой способ организации системы сохраняет все преимущества систем с перекрестной коммутацией, несколько упрощая при этом саму систему коммутации. Для наращивания системы должны быть предусмотрены дополнительные входы в ОЗУ, что является недостатком этого способа.

Приведенные три типа структурной организации МПВК называются классическими.