26.2. Коммутаторы для многопроцессорных вычислительных систем.

Коммуникационные среды вычислительных систем (ВС) состоят из адаптеров вычислительных модулей (ВМ) и коммутаторов, обеспечивающих соединения между ними. Используются как простые коммутаторы, так и составные, компонуемые из набора простых. Простые коммутаторы могут соединять лишь малое число ВМ в силу физических ограничений, однако обеспечивают при этом минимальную задержку при установлении соединения. Составные коммутаторы, обычно строящиеся из простых в виде многокаскадных схем с помощью линий "точка-точка", преодолевают ограничение на малое количество соединений, однако увеличивают и задержки.

26.2.1. Простые коммутаторы

Типы простых коммутаторов:

• с временным разделением;

• с пространственным разделением.

Достоинства: простота управления и высокое быстродействие.

Недостатки: малое количество входов и выходов.

Простые коммутаторы с временным разделением называются также шинами или шинными структурами. Все устройства подключаются к общей информационной магистрали, используемой для передачи информации между ними (рис.18.11).

Рис.26.7. Общая схема шинной структуры

Обычно шина является пассивным элементом, управление передачами осуществляется передающими и принимающими устройствами.

Процесс передачи выглядит следующим образом. Передающее устройство сначала получает доступ к шине, далее пытается установить контакт с устройством-адресатом и определить его способность к приему данных. Принимающее устройство распознает свой адрес на шине и отвечает на запрос передающего. Далее передающее устройство сообщает, какие действия должно произвести принимающее устройство в ходе взаимодействия. После этого происходит передача данных.

Так как шина является общим ресурсом, за доступ к которому соревнуются подключенные к ней устройства, необходимы методы управления предоставлением доступа устройств к шине. Возможно использование центрального устройства для управления доступом к шине, однако это уменьшает масштабируемость и гибкость системы.

Для разрешения конфликтов, возникающих при одновременном запросе устройств на доступ к шине, используются различные приемы, в частности:

• назначение каждому устройству уникального приоритета (статического или динамического);

• использование очереди запросов FIFO;

• выделение фиксированных временных интервалов каждому устройству.

Внутри микросхем шины используются для объединения функциональных блоков микропроцессоров, микросхем памяти, микроконтроллеров. Шины используются для объединения устройств на печатных платах и печатных плат в блоках. Шины используются также в мезонинной технологии, где на большой плате устанавливается один или несколько шинных разъемов для установки меньших плат, так называемых мезонинов.

Шины, объединяющие устройства, из которых состоит вычислительная система, являются критическим ресурсом, отказ которого может привести к отказу всей системы.Шиныобладают также рядом принципиальных ограничений. Возможность масштабируемостишинныхструктур ограничивается временем, затрачиваемым наарбитраж, и количеством устройств, подключенных кшине. При этом чем больше подключенных устройств, тем больше времени затрачивается наарбитраж. Времяарбитражаограничивает ипропускную способность шины. Кроме того, в каждый момент временишинаиспользуется для передачи только одним устройством, что становится узким местом при увеличении количества подключенных устройств.пропускная способность шиныограничивается ее шириной – количеством проводников, используемых для передачи данных, – и тактовой частотой ее работы. Данные величины имеют физические ограничения.

Простые коммутаторыспространственным разделениемпозволяют одновременно соединять любой вход с любым одним выходом (ординарные) или несколькими выходами (неординарные). Такие коммутаторы представляют собой совокупность мультиплексоров, количество которых соответствует количеству выходов коммутатора, при этом каждый вход коммутатора должен быть заведен на все мультиплексоры. Структура этих коммутаторов показана на рис.26.8.

Рис.26.8. Простой коммутатор с пространственным разделением

Достоинства:

• возможность одновременного контакта со всеми устройствами;

• минимальная задержка;

Недостатки:

• высокая сложность порядка n x m, где n – количество входов, m – количество выходов;

• сложность обеспечения надежности.