Многомашинные мкмд
Многомашинные системы - это системы , включающие 2 и более ЭВМ, каждая из которых имеет свои память, периферийные устройства и операционную систему. По характеру связей они делятся на слабосвязанные, прямосвязанные и сателлитные.
В слабосвязанных системах ЭВМ связаны только через внешние ЗУ, а связь осуществляется только на информационном уровне. Обмен информацией осуществляется по принципу «почтового ящика». Каждая ЭВМ помещает в общую внешнюю память информацию, руководствуясь собственной программой , а другая ЭВМ принимает эту информацию исходя из своих потребностей. Такая организация применяется, когда необходимо повысить надежность путем резервирования.
Прямосвязанные системы отличаются большей гибкостью. В них существует три вида связей: через общее ОЗУ, прямое управление процессор-процессор, и связь через адаптер канал-канал. Связь через общее ОЗУ сильнее, чем через внешнее ЗУ, все процессы протекают быстрее, но при выходе из строя ОЗУ нарушается работа всей системы.Связь процессор-процессор может быть не только информационной, но и командной, т.е. по каналу прямого управления один процессор может непосредственно управлять работой другого. Контроль получается более полным, но в это время прекращается решение задач. Связь через адаптер связывает каналы ввода-вывода, что обеспечивает быстрый обмен большими объемами информации.
Сателлитная связь характеризуется не способом связи, а принципами взаимодействия ЭВМ. В сателлитных ВС ЭВМ не одинаковы и одна подчиняется другой. Основная ЭВМ мощная и предназначена для решения основной задачи. Вторая ЭВМ, вспомогательная , организует обмен данными. Такая связь не увеличивает надежность, но увеличивает производительность работы.
Многопроцессорные вс
Многопроцессорные ВС – это системы, включающие 2 и более процессоров, работающих под управлением одной операционной системы, и имеющие общее ОЗУ и периферийные устройства.
Из рассмотренной классификации ВС видно, что фон-неймановский компьютер является частным случаем системы ОКОД. Возможные усовершенствования в рамках этой архитектуры ограничиваются включением в нее конвейеров и других функциональных узлов, а также использование разных методов кэширования. Две другие архитектуры были реализованы в нескольких проектах, но не стали массовыми.
Единственным путем преодоления ограничений архитектуры фон-Неймана (бутылочного горла) остается развитие архитектуры МКМД. В этих ВС может быть много подходов, это могут быть и кластерные архитектуры и многопотоковые процессоры.
Одной из характерных особенностей МКМД является параллельная обработка информации. Таким образом многопотоковые процессоры являются разновидностью ВС класса МКМД, и в частности, многопроцессорных систем.
В литературе многопроцессорные системы, построенные на основе процессоров, имеющих несколько ядер,(ядро – это АЛУ и УУ), называются CMP (Chip MultiProcessor) – мультипроцессорами. Первые СМР процессоры предназначались для серверного рынка и представляли два независимых суперскалярных процессора на одной подложке, как показано на рис.1.2.5.
Рис.1.2.5 Простейшая версия СМР
Такая архитектура позволяет уменьшить объем, в одном кристалле можно упаковать больше процессоров, что повышает удельную мощность. Обычно в этом случае между процессорами имеется лишь общий системный интерфейс. Достоинство СМР – заменяя одноядерный процессор двухядерным, можно при той же производительности вдвое уменьшить тактовую частоту, сократить потребление.
Логически оправдан следующий шаг: собрать несколько ядер и объединить их общей кэш-памятью. Это было реализовано в проекте Hydra (рис.1.2.6)
Рис.1.2.6. СМР с общей кэш-памятью второго уровня (Hydra)
Кристалл процессора состоит из четырех процессорных ядер на основе RISC-архитектуры (сокращенный набор команд). Каждое ядро имеет кэш-память команд и кэш-память данных, а все ядра объединены в общую кэш-память второго уровня.
Следующим шагом повышения производительности является усложнение ядра, чтобы оно было также многопотоковым, как показано на рис.1.2.7 и реализовано в проекте Niagara.
Рис.1.2.7. Многопотоковая версия СМР
В середине 90 годов была предпринята попытка создания процессоров с очень длинными словами. (WLIM -процессоры). В этой технологии создается специальный компилятор планирования, который проводит анализ программы и определяет группу команд, которые могут выполняться параллельно. Часть сложных операций предполагалось передать в ведение этого компилятора. Освободившаяся транзисторная логика освобождалась для создания новых функциональных узлов , чтобы обеспечить обмен командами и данными между процессором, кэш-памятью и основной памятью. Таким образом преодолевалось узкое горло обмена. В проекте Ниагара 8 процессорных ядер, каждое из которых может обрабатывать 4 потока информации, что позволяет аппаратно выполнять 32 потока. Для обработки каждого потока служит свой обрабатывающий канал (их 8). Каждое ядро содержит кэш-память первого уровня для команд и данных. Все 32 потока используют кэш-память 2 уровня емкостью 3 Мбайт, разделенную на 4 банка. Коммутатор соединяет 8 ядер, банки кэш-памяти второго уровня и другие устройства, причем поддерживает скорость обмена 200 Гбайт/сек. Кроме того, в коммутаторе находится порт для систем ввода-вывода и каналы к памяти. Максимальная емкость памяти 128 Гбайт. Процессор Ниагара ориентирован на операционную систему Солярис.