Организация коммуникационной среды в системах с разделяемой памятью.
Коммуникационную среду, реализующую множество соединений между процессорами или вычислительными узлами в многопроцессорных системах, называют коммутатором. По способу реализации различают коммутаторы с временной и пространственной коммутацией.
При временной коммутации передача информации осуществляется методами разделения времени или мультиплексирования. Такой коммутатор называется в простейшем случае общей шиной (ОШ).
Структура многопроцессорной системы с общей шиной представлена на
рис. 93.
В каждый момент времени ОШ способна, передавать лишь одно сообщение, т. е. она представляет собой разделенную во времени шину. Это говорит о возможности возникновения конфликтных ситуаций тогда, когда нескольким модулям одновременно необходимо связаться со своими абонентами - вычислительными узлами.
Рис. 93. Структура системы с коммуникационной средой на основе
общей шины.
Процедура занятия ОШ абонентами, являющимися источниками информации, заключается в их "борьбе" за ОШ. Достоинством коммутаторов с ОШ является простота организаций и гибкость (простое добавление и изъятие модулей). Очевидно, что такой коммутатор не может обеспечить высокую пропускную способность. Для всех потоков информации здесь только один путь, поэтому временные задержки при передаче данных значительны. Из-за этого оказываются низкими общая производительность, поскольку различные пары абонентов не могут работать одновременно, и надежность системы, так как отказ в единственном пути передачи информации ведет к отказу всей системы.
Пространственную коммутацию осуществляет перекрестный коммутатор (ПК). Он представляет собой многополюсник с М входами и N выходами, допускающими одновременное установление любого количества соединений между заданными входами и выходами.
Структуру системы с перекрестным коммутатором можно представить так как показано на рис. 94. Между любыми двумя абонентами здесь устанавливается физический контакт на все время передачи информации. При этом возможные конфликты между модулями разрешаются в логических схемах коммутационной матрицы, что существенно усложняет аппаратуру коммутаторов. В отличие от систем с ОШ, где во-первых коммутационного оборудования много меньше, а во-вторых эти функции могут быть возложены на вычислительные узлы или на центральный арбитр шины.
У перекрестного коммутатора в противоположность общей шине имеется больше достоинств, но есть и существенные недостатки, к которым относятся сложность внутренних связей, ведущая к усложнению аппаратуры и плохая масштабируемость, ограниченная числом входов и выходов коммутатора.
Достоинствами ПК являются: возможность установления нескольких одновременных путей передачи информации; обеспечение большей производительности и надежности многопроцессорной системы.
Более экономичной схемой пространственной коммутации по сравнению с ПК является схема, использующая многовходовую память (рис. 95).
Рис. 94. Многопроцессорная система с коммуникационной средой на
основе перекрёстного коммутатора.
Рис. 95. Многопроцессорная система с многошинной коммуникационной средой.
Здесь имеет место меньшее количество точек, в которых нужно разрешать конфликты. Максимально возможная конфигурация системы (количество подключаемых процессоров) ограничивается числом входов блоков памяти.