1.11. Особенности многопроцессорных систем.

Дополнительные принципы построения мульти-МПС.

В основе построения многопроцессорных МПС лежат еще три дополнительных принципа, помимо пяти, используемых при построении МПС. Важнейшим из них является принцип децентрализации, заключающийся в распределении функций системы между элементами в пространстве и времени.

Рис.54

Примером распределения функций в пространстве являются сопроцессоры. На сопроцессор возлагаются функции, которые не включены в МП (умножение, деление и др.). Для обеспечения доступа сопроцессора к операндам, хранящимся в памяти, используется способ прямого доступа в память. При этом обычно выбирается мультиплексный режим, т.к. в данном случае МП и сопроцессор можно рассматривать как почти равноправные элементы. Контроллер, обеспечивающий прямой доступ сопроцессора, назван иначе - арбитром магистрали. Главной задачей сопроцессора является быстрое выполнение специальных функций, обычно на основе табличного метода, опирающегося на определенную емкость ЗУ. Чаще всего применяют специальные сопроцессоры, например, для разложения в ряд Фурье и т.д.

Примером распределения функций во времени может служить конвейерный метод обработки (см. рис.54), в котором последовательная цепочка процессоров выполняет специализированные для каждого из них операции, приводящие в конечном результате к полной обработке исходных операндов. Конвейерный метод увеличивает производительность системы только при наличии однородного массива обрабатываемых входных данных.

Вторым важнейшим принципом построения мульти-МПС является принцип иерархичности. Для устойчивого функционирования системы один из ее элементов должен быть управляющим, чтобы распределять функции в системе и координировать работу остальных элементов.

Третий принцип – принцип однородности. Все функционально одинаковые элементы системы должны быть однотипными. Неоднородность системы приводит к возникновению дополнительных проблем согласования элементов по информационно-логическим, электрическим и конструктивным параметрам, что экономически не выгодно и отрицательно сказывается на производительности (потери на согласования).

Рис.55

Виды структур мульти-МПС.

Рассмотрим типовые структуры построения мульти-МПС.

1. Общая шина. Абстрактное представление структуры и ее воплощение при построении локальной сети персональных ЭВМ типа Ethernet 10Base-2 дано на рисунке 55.

Все ПЭВМ подсоединены к магистрали через специализированные блоки сопряжения, называемые сетевыми картами (СК), реализующими характерный для данной структуры способ организации связи - способ доступа к сети. Магистраль является последовательной и выполняется коаксиальным кабелем типа RG-58. Сетевые карты различных ПЭВМ объединяются через магистраль друг с другом с помощью Т-образных разъемов - коннекторов. На крайних разъемах надеты согласующие заглушки – терминаторы (Т), - обеспечивающие согласование волновых свойств линии, что уменьшает отражения сигнала от концов.

2. Линейная структура. Абстрактное представление структуры дано на рисунке 56. Чаще всего она применяется как реализация шлюза на отдельном компьютере, имеющем подключение к двум разным сетям через две сетевые карты.

   Рис.56

3. Звезда. Обмен информацией идет через центральный блок сопряжения, называемый электронным коммутатором (Switcher, Hub). Он может быть "интеллектуальным" за счет программирования его функций по ранжированию прав доступа элементов структуры (рис.57). Данный тип структуры применен в локальных сетях Ethernet 10Base-T, где каждая ПЭВМ соединяется с коммутатором двумя или четырьмя витыми парами (кабель UTP или STP – unshield (shield) twisted pairs) через разъемы "телефонного" типа RJ-45.

4. Сетевая или матричная структуры. Первая приведена на рисунке 58, вторая – на рисунке 59. Служат для построения мульти-МПС на основе параллельных вычислений (матричные процессоры). Если сеть адаптируема к структуре задачи, она называется реструктурируемой.

   Рис.57	Рис.58
   Рис.59	Рис.60

5. Древовидная. Структура такой системы приведена на рисунке 60. Она характерна для глобальных сетей типа Internet. Любое ее поддерево носит название домен. Сеть насчитывает четыре уровня, поэтому каждый элемент нижнего уровня такой сети (Host) адресуется 4-х байтным числом (IP-адресом): nnn.nnn.nnn.nnn, где nnn меняется от 0 до 255.

Особенности разработки мульти-МПС.

При проектировании мульти-МПС нужно учитывать возможность возникновения конфликтов между элементами. Возможно два типа конфликтов.

1. Процесс, выполняемый некоторым элементом, обратился к ресурсу (элементу, предоставляющему другим элементам системы некоторые "услуги"), который в этот момент занят другим процессом (например, пользователь ПЭВМ в локальной сети пытается печатать на принтере, выполняющем другую задачу). Этот конфликт может решаться либо путем создания очереди процессов (пул), либо досрочным завершением выполняемой задачи (прерывание процесса).

2. Ресурс свободен, но к нему обратились одновременно два процесса. Что бы не происходило "зависание" системы, необходимо предусмотреть введение приоритетов для процессов.