Лекции / 3 / 16-17

Лекция №16 (10.11.06)

Мультипроцессорная система – это композиция, в которой имеется множество элементарных процессоров и подмножество модулей памяти. Все элементы данной композиции объединены между собой через единый ресурс (коммутатор, сеть, ЭВМ и т.д.). Подмножество модулей памяти называют общей памятью. Обмен между элементарными процессорами, как правило, осуществляется через общую память. Введение интеллекта в общую память позволяет обеспечить при перераспределении вычислительных ресурсов между элементарными процессорами ВС. Основным недостатком данной системы является наличие единого ресурса, выход из строя которого приводит к неработоспособности всей системы.

П римеры мультипроцессорных систем:

c.m.m.p. (МП – модуль памяти, ЭП – элементарный процессор, ком – коммутатор). В данной структуре ЭП – PDP11/40, т.к. в данном процессоре есть совмещенная шина адреса данных. Такое построение позволило значительно снизить требования к коммутатору. В качестве элементов коммутатора использованы аналоговые телефонные коммутаторы в интегральном исполнении. Данный коммутатор позволяет двунаправленную передачу информации без переключения направления передачи информации. Основным недостатком данной системы является наличие единого коммутатора, выход из строя которого приводит к неработоспособности системы. М.П. – межпроцессорная шина. Данная шина предназначена для межпроцессорного обмена. Шина, как правило, представляет собой последовательный канал, в данном случае был использован канал RS-232.

Основные требования к отказоустойчивым системам:

• сохранение работоспособности системы в условиях всех видов отказа,

• независимость ПО с точки зрения пользователя от механизма отказоустойчивости системы,

• способность системы обнаруживать и позволять устранять неисправности в процессе ее работы,

• модульное построение системы,

• и спользование серийно выпускаемых элементов при построении системы.

L – межшинный интерфейс,

DP – дисковая память,

М.П. – модуль памяти.

Возможны 3 конфигурации:

1. Отказоустойчивая система. Все три процессора работают синхронно по одной и той де программе с одним и тем же массивом данных, при этом мажоритарный элемент V производит поразрядное сравнение передаваемой информации. Голосование производится по правилу «два из трех». Данная проверка производится как при передаче информации от процессора к памяти, так и обратно.

2. Режим максимальной производительности. Каждый процессор решает свою задачу и обменивается со своей шиной.

3. Максимальная производительность при решении одной задачи. Благодаря межшинному интерфейсу структура превращается в конвейерную.

Анализ мультипроцессорных ВС.

Достоинства.

• Высокая производительность благодаря параллелизму решаемых задач.

• Программируемость структуры и адаптации ее под класс реализуемых задач под конкретный алгоритм. Это достигается с помощью средств коммутации.

Недостатки.

• Наличие единого ресурса снижает надежность ВС.

• При создании единого ресурса требуется устройство с большим количеством выводов.

В С с программируемой структурой

Каноническая структура ВС

ЭМ – элементарная машина (в нее входит модуль памяти, элементарный процессор и локальный коммутатор). Благодаря коммутатору и локальному коммутатору можно обеспечить практически все многообразие связей внутри ВС, то есть обеспечить подключение любого элементарного процессора к любому модулю памяти.

В коммутаторе в первом варианте элементарной машины обладает определенным уровнем интеллекта, он передает информацию из точки А в точку В и не пропускает данную информацию на внутрисистемную шину, если она не требуется данной элементарной машине. Направление передачи программируется в процессе программирования всей ВС. В варианте (2) коммутатор S не имеет интеллекта.

Лекция №17 (10.11.06)

S – коммутатор, который обеспечивает передачу информации между узлами элементарной машины через внутрисистемную шину. В данной элементарной машине возможна либо передача информации, либо решение задачи элементарным процессором и модулем памяти. Т-424 – это память в районе одного мегабайта и линии связи (обычно 4 штуки). Пропускная способность порядка 3Мбод.

Риск процессора

Основной задачей риска архитектуры является повышение производительности ВС при обработке ПО, полученного с помощью компиляторов. Основные направления получения этого эффекта:

1. ограниченный набор команд (сокращенный набор команд),

2. использование аппаратных средств или компиляторов для достижения максимальной загрузки внутренних регистров, это позволяет снизить число обращений к памяти,

3. структура процессора конвейерного типа.

	Паскаль Научные программы	Фортран Учебные программы	Паскаль Системные программы	Си СП	Си УП
Присвоение	74	65	45	38	45
Ветвление	4	3	5	3	4
Вызов процедуры	1	3	15	12	12
Условный переход	20	11	29	43	36
Безусловный переход	2	9	-	3	-
Другие	-	7	6	1	6

Данная таблица получена в динамическом режиме, то есть в процессе выполнения программы, а не по ее текстам. Из данной таблицы видно, что основной оператор является оператор присвоения, а на втором месте – оператор условия. Таким образом, при построении ВС необходимо реализовывать схемотехнику таким образом, чтобы данные операторы выполнялись с максимальной эффективностью. Аналогичные таблицы показывают, что чтение операндов из памяти происходит в 3 раза реже, чем из регистра общего назначения. То есть необходимо создавать архитектуру процессора таким образом, чтобы был очень эффективным процесс обмена с регистрами общего назначения. Статистикой показано, что 70% операторов языка высокого уровня требуют выполнение трех команд (вложений), и 95% операторов укладываются в 8 команд (вложений). Для того, чтобы уменьшить число обращений к памяти необходимо рационально распределить регистры общего назначения между командами, которые обеспечивают выполнение операторов языка высокого уровня. Существует 2 направления:

1) алгоритмический (распределение регистра общего назначения между операндами и командами. Алгоритмическое направление – это решение графической задачи (раскрашивание вершин графа),

2) физическое увеличение регистров общего назначения.

К аждая группа регистров предназначена для выполнения команд. Как правило, результаты выполнения одной команды одной программы, являются операндами (параметрами) для выполнения другой (последующей) команды. Это в пределах одного оператора. Регистры временного хранения одной команды являются регистрами параметров для следующей команды. Локальные регистры предназначены для хранения промежуточных операций команды. Это позволяет значительно снизить число обращений к памяти. Для получения кольцевого файла, регистры временного хранения последней области являются регистрами параметров начальной области.

Файловое кольцо разделено на 8 зон. Каждая из этих зон включает в себя регистр параметров, локальные регистры и регистры временного хранения. После выполнения очередной команды и размещения результатов в регистрах временного хранения, кольцо «поворачивается», и кольцо готово принять очередную команду для выполнения. Если оператор имеет больше восьми вложений, то после выполнения восьми вложений происходит выгрузка информации в память.