№114 Матричные системы
МС наиболее распространены из систем ОКМД. Они лучше всего приспособлены для решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых объектов или параллелизмом данных.
Организация систем этого типа достаточно проста: имеется единственное устройство управления и большое число устройств, работающих параллельно и образующих каждый свой поток данных.
Т. о. производительность всей системы оказывается равной сумме производительностей. Однако на практике, чтобы обеспечить высокую эффективность при решении различных задач, необходимо организовать связи между отдельными образующими устройствами. Характеры их связи и взаимодействия могут быть различными (всё это определяет свойства системы в целом).
В матричных вычислителях используется несколько матричных процессоров (МП).
МП представляет собой композицию УУ матрицы связанных элементарных процессоров (УУ предназначается для формирования единого потока команд на все процессоры матрицы). Элементарные процессоры идентичны, каждый из них включает в себя АЛУ и память. Сеть межпроцессорных связей регулярна и формируется т. о. чтобы любой из элементарных процессоров имел связи не менее чем с четырьмя другими процессорами. Такая связь позволяет организовать обмен информацией между различными процессорами. Состояние любого элемента и обмен информации между любыми двумя процессорами программируется с помощью спец команд. В МС по сравнению с конвейерными полнее выполнены принципы моделей количества вычислителей Они лишены главного недостатка конвейерных систем – ограниченности наращиваемости. В МС число параллельно выполняемых операций определяется числом процессорных элементов и может достигать миллиона и более. В МС принцип программируемости структуры проявляется в возможности программной адаптации структуры матрицы к структуре решаемости задачи. Эта возможность достигается настройкой канала связи между любым процессорным элементом и возможностью задания состояния любому процессорному элементу.
Существенным недостатком МС является то, что единственное УУ резко уменьшает надёжность и живучесть, а также ограничивает сферу применения МС. Не позволяет использовать эффективность мультипрограмности.
№115 Конвейерные системы (магистральные системы МС)
Принцип конвейерной обработки нашёл широкое применение в вычислительной технике. Он позволяет достигнут высокой производительности на определённых классах задач, при сочетании использования принципов конвейера команд и конвейера данных, особенно если при этом используется несколько конвейерных процессоров способных работать одновременно и независимо друг от друга. МС относятся к классу МКОД.
Принцип магистральной обработки основан на разделении вычислительного процесса на несколько под процессов, каждый из которых выполняется на отдельном устройстве.
В качестве основных уровней реализации магистрального принципа можно выделить :
Уровень выполнения элементарных операций над битами данных (арифметико-магистральная обработка)
Уровень АЛУ (командно-магистральная обработка)
Уровень управляющих устройств (макро магистральная обработка)
Трёхэтапная магистральная обработка
Каждая команда выполняется последовательно на 3 устройствах, а последовательность 3 соседних команд полностью заполняют арифметико-логическую систему, т. о. что одновременно на последнем 3 устройстве выполняется завершающий третий этап первой команды, на 2 устройстве – второй этап второй команды и на 1 устройстве – начальный первый этап третьей команды.
После завершения обработки первая команда оказывается выполненной и выводится из магистрали, а 2 и 3 команда поступает на очередные третий и второй этап соответственно. На первое устройство поступает 4 команда для выполнения начального этапа.
Командно-магистральная обработка
В этом случае каждая команда потока команд выполняется на соответствующем ей функционально-обрабатывающем устройстве. Эти устройства могут работать одновременно. Для эффективной работы обрабатываемые команды д. б. независимы, а их состав д. б. по возможности идентичен составу функциональных устройств, чтобы одновременно загружать как можно большее число функциональных устройств.
Макро магистральная обработка (ММО)
Концепция ММО: пусть множество данных м. б. обработано посредством решения последовательно 2 или более различных задач. Тогда эту обработку можно осуществить при помощи нескольких различных процессов, каждый из которых решает одну из задач.
На 1 процессор из буфера поступают данные для решения первой задачи, затем результаты поступают в следующий буфер, откуда подаются на 2 процессор для решения второй задачи. В это же время на 1 процессор поступают новые данные для решения первой задачи.
МС различаются:
по типу конфигурации магистрали: статическая и динамическая; с программной или аппаратной перестройкой;
по типу команд: с обычными и с векторными.
Конвейерные ВС в архитектурном плане занимают промежуточное место среди средств обработки информации базирующихся на модели вычислителя и средств основанных на модели коллектива вычислителей.
№116. Многопроцессорные системы
М
ПрМ ПрМ ПрМ
Достоинства: 1) высокая надёжность
2)
возможность реконфигурации
3) высокая производительность за счёт возможности гибкой
МПм МПм
полной
загрузки всего оборудования
4) высокая экономическая эффективность за счёт повышения
КВВ
коэффициента
использования оборудования
Существует три типа организации МПК:
1) с общей шиной. Все устройства соединяются между собой общей шиной, выполненной в виде совокупности проводов или кабелей. Интерфейс является одно-связанным, т. е. обмен информации в любой момент времени может происходить только между 2 устройствами (в случае если больше устройств, используется система приоритетов и организация очереди).
Имеет следующие особенности:
наименьшая общая стоимость оборудования системы
наименьшая сложность, шина связи может быть полностью пассивным элементом
изменение конфигурации оборудования системы не вызывает трудностей и осуществляется посредством добавления или исключения функциональных модулей
скорость передачи информации через шину ограничивает общую производительность системы
отказ шины приводит к отказу всей системы
расширение системы, начиная с некоторой конфигурации может привести к уменьшению производительности системы из-за ограниченной пропускной способности шины
достижимая эффективность системы при одновременном использовании всех готовых к работе устройств является наиболее низкой по сравнению с другими структурами
м. б. рекомендована только для малых систем
2) с перекрёстной коммутацией. Все связи между устройствами осуществляются при помощи матрицы коммутатора (МК). МК позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причём таких пар м. б. сколько угодно, так как связи друг от друга не зависят.
Имеет следующие особенности:
наибольшая сложность внутренних связей
функциональное устройство является наиболее простым и дешёвым. Их интерфейс с МК является простым и не требует сопрягающих устройств
обеспечивает наиболее высокую: скорость передачи информации и эффективность системы
расширение системы обычно приводит к увеличению её общей производительности
позволяет наращивать систему без перепрограммирования ОС
расширение системы ограничено только размером МК
надёжность системы м. б. повышена посредством сегментации и/или введением избыточности в рамках коммутатора
легко удалить неисправные модули и разделить систему на несколько отдельных систем
3) структура с многовходовыми ОЗУ
Коммутация устройств осуществляется в ОЗУ (каждое устройство имеет свой вход в ОЗУ). Средства коммутации в ОЗУ распределены между несколькими устройствами.
Имеет следующие особенности:
требует наиболее дорогих устройств памяти
фун-ное устройство обеспечивает построение относительно дешёвых однопроц-х конфигураций
обеспечивает потенциально высокую скорость передачи информации в системе
размер и конфигурация возможных дополнений в системе определяется и ограничивается числом и типом модулей памяти, хотя может применяться и расширение входов
требует большого числа кабелей и сопрягающих устройств