2.2 Архітектура комп’ютерної системи микрос
Система з програмованої структурою МИКРОС була розроблена Відділом обчислювальних систем СВ АН СРСР (СО РАН) в співдружності з підрозділами Науково-виробничого об'єднання «Алмаз» та Науково-дослідного інституту «Квант» Міністерства радіопромисловості СРСР на початку 1980-х.
На початку 1980-х у Відділі обчислювальних систем Сибірського відділення АН СРСР проводилися роботи з науково-дослідницькому проекту МИКРОС, метою яких було створення Мікропроцесорних Систем з програмованої структурою (МИКРОС). Результатом робіт стало сімейство МИКРОС, що включає моделі МИКРОС-1 (1986); МИКРОС-2 (1992); МИКРОС-Т (1996).
Функціональна структура обчислювальної системи МИКРОС
Можливості функціональних структур систем сімейства МИКРОС визначаються кількістю електронних машин(ЕМ), що входять до їх складу, конфігураціями ЕМ і топологією мереж зв'язків між машинами. Кількість ЕМ в кожної з моделей (МИКРОС-1, МИКРОС-2, МИКРОС-Т) не фіксоване. Кожна ЕМ – це багатополюсник, число полюсів в перших моделях систем становило від 2 до 8, а в моделі МИКРОС-Т складають 4 полюсника.
Кожна генерація обчислювальної системи (ОБС) сімейства МИКРОС адекватно враховувала поточні можливості обчислювальної техніки (ОТ) і інтегральної технології. Для формування конфігурацій ЕМ моделей МИКРОС-1 і МИКРОС-2 використовувалися кошти мікроЕОМ вітчизняного сімейства «Електроніка». Елементарна машина представлялася композицією з мікроЕОМ (обчислювального модуля) і системного пристрою (яке, у свою чергу, формувалося з модулів).
Властивістю масштабованості володіли не тільки моделі сімейства МИКРОС, але і їх ЕМ. Найпростіша конфігурація ЕМ складається з модуля системного пристрою (МСП), центрального процесора (ЦП) і оперативної пам'яті (ОП). Модуль системного пристрою (СП) забезпечував реалізацію системних операцій в ОС і безпосередній зв'язок даної ЕМ про двома сусідніми машинами через напівдуплексні канали.
У моделях РС МИКРОС-1 і МИКРОС-2 в якості базових машин були використані мікроЕОМ «Електроніка 60М» і «Електроніка 60-1» відповідно.
Розширені конфігурації ЕМ систем МИКРОС-1 і МИКРОС -2 могли мати до чотирьох модулів СП, спеціальний процесор, додаткові модулі оперативної пам'яті, набір зовнішніх пристроїв (ОП). Спеціальні процесори «Електроніка МТ-70» або «Електроніка 1603» розширювали обчислювальні можливості ЦП при вирішенні науково-технічних завдань, пов'язаних з обробкою значних масивів даних і з виконанням великих обсягів однорідних обчислень.
Модулі системного пристрою для системи МИКРОС-2 володіли великими функціональними можливостями, ніж у системі МИКРОС-1. Їх апаратура, зокрема, дозволяла здійснювати: обробку вхідних/вихідних запитів для зв'язків між машинами(лінків); аналіз семафорів; формування пакетів вихідних повідомлень; управління вхідними та вихідними портами при виконанні системних команд; мульти-адресна передача інформації.
Рисунок 2.4 – Функціональна структура елементарних машин, систем
МИКРОС-1 і МИКРОС-2
МСП – модуль системного пристрою;
ЦП – центральний процесор;
ЗП – зовнішні пристрої;
СП – суперпроцесор;
ОП – оперативна пам’ять;
Система МИКРОС-Т базується на транспьютерних технологіях. Такі технології дозволяють формувати двовимірні ОБС з масовим паралелізмом. Двовимірні структури ОБС формуються шляхом ототожнення полюсів-лінків.
Рисунок 2.5 – Функціональна структура елементарних машин, систем
МИКРОС-Т
КП – комунікаційний процесор;
ВП – високопродуктивний обчислюючий процесор;
КОП – комунікаційна пам’ять;
ГОП – головна оперативна пам’ять;
Архітектурні властивості систем МИКРОС:
клас архітектури будь моделі ОБС – це MIMD; припустима трансформа-
ція архітектури MIMD в архітектуру MISD або SIMD шляхом програмної переналаштування системи;
клас ОБС – система з програмованою структурою і з розподіленим
управлінням;
характер просторового розміщення обчислювальних ресурсів – зосеред-
жений або розподілений;
основна функціонально-структурна одиниця обчислювальних ресурсів –
ЕМ;
функції ЕМ - традиційні для ЕОМ функції з переробці інформації плюс
функції, пов'язані з управлінням ОБС в цілому як «колективу» машин;
масштабованість ОБС підтримується апаратурними засобами (системним
пристроєм або транспьютерах) і програмним забезпеченням;
кількість N елементарних машин не фіксоване, що забезпечує
принципово необмежену нарощування продуктивності ОБС;
види структури мережі міжмашинного зв'язку - довільні (нерегулярні)
графи;
Програмне забезпечення МИКРОС
Період розробки програмного забезпечення (ПЗ) ОБС сімейства МИКРОС перетинається з проміжком часу, протягом якого здійснювалося створення програмних засобів для західних транспьютерном ОБС. Широке поширення одержали операційна система Helios і засоби паралельного програмування 3L. Одним з недоліків засобів Helios і 3L є необхідність попереднього опису конфігурації транспьютерном системи і структури паралельної програми. При конфігуруванні паралельної програми процесам і інформаційним зв'язкам між ними ставляться в однозначна відповідність їх фізичні носії: трансп'ютерів і лінки. Подібний статичний підхід до конфігурації виключає можливість оперативної автоматичної перенастроювання системи у випадку відмов її елементів, отже, знижує живучість ОБС
В основу операційної системи МИКРОС покладені наступні принципи:
незалежність від структури ОБС і числа машин в ній;
модульність побудови;
розподіленість і децентралізованого модулів по машинах ОБС;
локальність зв'язків між модулями;
асинхронність взаємодій модулів;
розвиненість (змінність і Поповнення складу модулів, зокрема можли-
вість заміни програмних модулів на апаратурні);
ієрархічність побудови: стратифікація системи на рівні, кожен з яких
будується на основі попередніх і звільняє користувача від специфічних для рівня операцій по зануренню завдання в систему;
спадкоємність з ОС базових мікропроцесорних засобів (або мікроЕОМ
«Електроніка», або транспьютеров, залежно від моделей сімейства ОБС МИКРОС) ;
Області застосування ОС:
традиційні сфери застосування ЕОМ і векторних процесів, в яких зросли
вимоги щодо забезпечення продуктивності, ємності пам'яті, надійності та живучості і де доцільно зберегти сумісність обчислювальних засобів;
сфери застосування, пов'язані з вирішенням трудомістких завдань, таких
як складні завдання фізики, механіки суцільного середовища, аеродинаміки, балістики, метеорології, обробки зображень і мовних даних, завдання організації баз знань, штучного інтелекту;
складні великомасштабних системи, серед яких системи управління
енергетичними установками, системи управління динамічними об'єктами та інші системи, що характеризуються високою ефективністю, безвідмовністю, живучістю, розвиненість, компактністю або розподіленністю своїх ресурсів і т.п.
Таким чином, ОС сімейства МИКРОС грунтуються на перспективних принципах обробки інформації, будуються з апаратурно-програмних засобів мікропроцесорної техніки, володіють гнучкими можливостями по статичній і динамічній реконфігурації своїх структур, дозволяють досягти високої продуктивності, надійності та живучості в широкій області застосування.