1) Имеет доступ к общей памяти;

2) Имеет общий доступ к устройствам ввода-вывода;

3) Управляется общей операционной системой, которая обеспечивает требуемое взаимодействие между процессорами и выполняемыми им программами как на аппаратном, так и на программном уровне.

С точки зрения структурной организации МПС наиболее существенным является способ связи между процессорами и памятью системы. Различают системы с общей и индивидуальной памятью.

Структура системы с общей памятью представлена на рисунке 1, где Пр - процессор, МП - модуль памяти, К - коммутатор модуля памяти, КВВ - канал ввода-вывода, ВУ - внешнее устройство.

 

Рисунок 1 - Структура системы с общей памятью

 

Основная особенность МПС с общей памятью состоит в том, что каждый из процессоров Пр₁, Пр₂, ..., Пр_N имеет доступ к любому модулю МП₁, МП₂, …, МП_L которые могут функционировать независимо друг от друга и в каждый момент времени может выполняться до N одновременных обращений к модулям памяти с целью записи или чтения слова информации.

Конфликтные ситуации (обращение к одному и тому же модулю памяти в пределах одного цикла обращения) разрешаются коммутатором К, начинающим обслуживать первым устройство с наибольшим приоритетом. Каждый из процессоров может инициировать работу любого канала КВВ₁, КВВ_К. Каждый канал имеет доступ ко всем модулям памяти и обеспечивает ввод-вывод информации в любую область памяти системы.

Структура МПС с общей памятью наиболее универсальна: любая информация, хранимая в памяти системы, в равной степени доступна любому процессору и каналу ввода-вывода. Вследствие этого каждый процессор в любой момент времени может быть настроен на обработку любой информации, хранимой в основной памяти системы в модулях МП₁,..., МП_N.

Недостатком МПС с общей памятью являются большие затраты оборудования в коммутаторах К. Эти затраты пропорциональны произведению числа устройств, подключенных к памяти, и числа модулей памяти.

МПС с общей памятью функционирует в режиме разделения нагрузки, при котором любая программа может выполняться на любом процессоре. Процесс обслуживания заявок в режиме разделения нагрузки для системы с одноуровневой памятью можно рассматривать как процесс функционирования одной N-канальной системы массового обслуживания (рисунок 9.2) с интенсивностью ג входящего потока, общей очередью заявок O, заявки из которой выбирается в порядке поступления их в систему, и средней длительностью обслуживания заявки каждым из процессоров Пр₁, …, Пр_N, равной _i . Заявка, поступающая в систему, содержащую N процессоров, при наличии хотя бы одного свободного процессора, немедленно принимается процессором на обслуживание. Если все N процессоров заняты обслуживанием ранее поступивших заявок, поступающая заявка размещается в очереди.

Определим характеристики МПС на основе модели (рисунок 2). Модель соответствует МПС (рисунок 1) только для случая, когда вся информация, обрабатывемая процессорами, размещается в оперативной памяти.

 

Рисунок 9.2 - Модель МВС с общей памятью

 

Пусть в МПС поступает М потоков заявок с интенсивностями  ₁, …,  _M. Обслуживание заявок сводится к выполнению соответствующих программ, средние трудоемкости которых равны  ₁, …,  _M операций в расчете на один прогон программы. Принимаем, что обслуживание заявок выполняется на основе дисциплины FIFO. В таком случае можно считать, что система обслуживает однородный поток заявок, поступающих с интенсивностью

Для обслуживания любой заявки из суммарного потока требуется в среднем

процессорных операций. Заявка, поступившая на обслуживание, захватывает процессор до полного завершения обслуживания. В этом случае средняя длительность обслуживания заявки процессором с быстродействием B равна

,

и интенсивность обслуживания заявок одним процессором

.

Параметры , N и _i должны отвечать условию существования стационарного режима, при котором в очереди пребывает конечное число заявок и, следовательно, конечны времена ожидания и пребывания заявок. На каждый из процессоров поступает N-ая доля заявок и, следовательно, отдельный процессор обслуживает поток с интенсивностью .

Загрузка процессора

,

где

- суммарная интенсивность обслуживания заявок N - процессорной системой. Стационарный режим существует, если

Следовательно, параметры МПС должны отвечать соотношению

т.е. ,

при этом суммарная загрузка

Если принять предположение о том, что входной поток заявок пуассоновский и длительность обслуживания распределена по экспоненциальному закону со средним  , то с использованием результатов теории массового обслуживания могут быть получены следующие аналитические выражения для основных характеристик системы с одноуровневой памятью, т.е. для случая, когда вся обрабатываемая процессорами информация размещается в оперативной памяти:

1.Средняя длина очереди заявок, ожидающих обслуживания в системе

( 1)

где

вероятность того , что в системе нет ни одной заявки, т.е. все N процессоров простаивают,

загрузка процессора N - процессорной системы.

2.Среднее время ожидания заявок в очереди

(2)

3.Среднее время пребывания заявок в системе

( 3)