1 Цель работы.

Целью данной работы являются определение характеристик многопроцессорных вычислительных систем (МВС) с общей памя­тью и исследование зависимости этих характеристик от числа про­цессоров и их быстродействия.

2 Структурная организация МВС с общей памятью.

2.1 Структура МВС с общей памятью.

С точки зрения структурной организации МВС наиболее существенным является способ связи между процессорами и памятью системы. В зависимости ос этого МВС разделяются на системы с общей памятью и системы с индивидуальной памятью. Структура системы с общей памятью представлена на рисунке 2.

В МВС с индивидуальной па­мятью каждый из процессоров Пр₁, ..., Пр_N обращается в основном к своему модулю памяти — модулям MП₁ ..., МП_N соответственно. Для обмена данными между подсистемами (Пр₁ - MП₁), ..., (Пр_N - МП_N) в процессорах предусмотрены блоки обмена БО, обес­печивающие передачу сегментов информации между общей памятью ОП и модулем памяти МП_N. При этом БО может работать как селекторный канал (СК): операция обмена инициируется процессором, и передача данных выполняется параллельно с работой последнего.

Рисунок 2 – Структура МВС с общей памятью

2.2 Сетевая модель МВС с общей памятью.

МВС с общей памятью функционируют в режиме разделения нагрузки, при котором любая программа может выполняться на лю­бом процессоре. Процесс обслуживания заявок при этом можно рас­сматривать как процесс функционирования одной N - канальной сис­темы массового обслуживания, сетевая модель которой представле­на на рисунке 3. На вход системы поступает поток заявок с общей интенсивностью λ, за­явки накапливаются в общей очереди О со средним временем ожидания w и средней длиной очереди l, сред­няя длительность об­служивания заявки каждым процессором равна V, и среднее время пребывания заявок в системе u.

Рисунок 3 – Модель МПС с общей памятью

и размещением информации в оперативной памяти

Обслуживание любой заявки из суммарного потока требует в среднем θ процессорных операций, и заявка, поступающая на об­служивание, захватывает процессор до полного завершения обслу­живания. В этом случае

,

где В - быстродействие процессора.

Параметры системы Λ, N и V должны отвечать условию существования стационарного режима r<1, где r - загрузка процессора. Поскольку на каждый процессор поступает N-я доля входного пото­ка, то

и, следовательно, параметры МВС должны отвечать соотношению

.

Если принять, что входящий поток заявок пуассоновский, то с использованием результатов, полученных в теории массового об­служивания, могут быть получены аналитические выражения для основных характеристик системы с одноуровневой памятью:

;

;

u=w+V,

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

3 Порядок выполнения работы

3.1 Ознакомьтесь со структурной схемой исследуемой многопроцессорной системы, отображаемой на экране.

3.2 Введите параметры МВС в соответствии с вариантом задания из таблицы 3.

3.3 Определить минимальное быстродействие процессоров В_мин>λθ

3.4 Получите характеристики МВС с общей памятью одного уровня. Зафиксируйте в отчете полученную таблицу характеристик В_мин.

Таблица 3 – Параметры МВС с общей памятью

Вариант	Интенсив­ность вхо­дящего пото­ка λ, с-1	Средняя трудо­ёмкость алго­ритмов θ, тыс. операций	Число кана­лов С	Среднее время обмена V2,c	Вероят­ность Р
1	0,5	18	2	0,1	0,55
2	0,7	20	3	0,12	0,44
3	2,5	15	4	0,15	0,4
4	5,0	18	3	0,12	0,5
5	10,0	10	5	0,1	0,6
6	12,0	20	4	0,08	0,4
7	15,0	17	2	0,11	0,5
8	16,0	16	3	0,15	0,4
9	14,0	21	5	0,12	0,3
10	20,0	20	2	0,1	0,5
11	7,0	26	4	0,13	0,8
12	6,5	24	3	0,1	0,2
13	6,0	28	2	0,17	0,4
14	5,5	30	5	0,08	0,6
15	5,0	35	4	0,11	0,7
16	4,5	25	3	0,16	0,5
17	4,0	38	2	0,07	0,65
18	3,5	40	5	0,05	0,35
19	3,0	45	3	0,12	0,3
20	2,5	50	2	0,1	0,8
21	5,5	20	3	0,13	0,5
22	7,0	25	4	0,17	0,6
23	14,0	30	2	0,1	0,4
24	16,0	38	5	0,12	0,45
25	3,0	32	2	0,14	0,8
26	0,7	24	3	0,15	0,6
27	1,0	20	4	0,9	0,5
28	5,0	42	5	0,17	0,3
29	8,0	34	3	0,12	0,65
30	8,5	36	3	0,15	0,6
31	6,5	20	4	0,11	0,7
32	10,0	26	5	0,16	0,5
33	3,0	21	2	0,07	0,65
34	14,0	35	2	0,05	0,5
35	2,5	40	3	0,1	0,6
36	5,0	38	4	0,08	0,4
37	12,0	29	2	0,11	0,4
38	6,5	17	5	0,17	0,45
39	17,0	35	3	0,12	0,8
40	15,0	20	4	0,15	0,6

3.5 По полученным данным постройте графики зависимостей 1 = f(N,B); w - f(N,B); u = f(N,B), где N выступает в ка­честве аргумента, а В - в качестве параметра.

3.6 Объясните полученные результаты.

4 Контрольные вопросы

4.1 Каковы основные особенности МВС с общей памятью?

4.2 Чем характеризуется режим работы МВС с общей памя­тью?

4.3 Как строится сетевая модель МВС с общей памятью од­ного уровня?

4.4 Выведите условия существования стационарного режи­ма в МВС с общей памятью.

4.5 Дайте анализ зависимостей величин l,w,u от В и N.

Лабораторная работа № 5

Исследование характеристик многопроцессорных вычислительных систем с индивидуальной памятью