8 Многопроцессорная система с программируемой архитектурой (мпспа)

Один из вариантов однородной вычислительной среды -многопроцессорная система с программируемой архитектурой.

Важнейшая составная часть многопроцессорной системы является универсальная коммутационная среда (УКС), которая состоит из однотипных, соединенных друг с другом регулярным образом автоматических ячеек.

Простейший коммутационный элемент (КЭ),необходимый для построения плоской УКС, содержит два входа и два выхода и связан с четырьмя соседними КЭ. В таком элементе возможны девять вариантов внутренней коммутации:

Рис.8.1.

Структура МПСПА

Рис.8.1.

Первый этап: распределение крупных операций между ПЭ и настройка данных ПЭ на эти операции. Примеры крупных операций: интегрирование, дифференцирование, матричные операции, быстрое преобразование Фурье. Использование таких макроопераций значительно упрощает программирование.

Второй этап: настройка необходимых каналов связи между ПЭ в УКС. После этого осуществляется автоматический режим работы МПСПА.

Рассмотрим настройку и функционирование УКС.

Для образования каналов передачи информации намечается непрерывная цепочка КЭ, соединяющих входы и выходы нужных ПЭ. После выбора канала связи во все выбранные КЭ вводится код настройки, затем канал связи становится подобным сдвиговому регистру, в котором информация потактно передается от одного КЭ к другому.

Настройка КЭ может производиться как вручную, так и автоматически (самонастройка УКС).

Для автоматического образования одного канала связи между двумя ПЭ можно воспользоваться волновым принципом.

Процедура распространения волны:

Вначале в УКС указываются входной и выходной КЭ. Затем входной элемент соединяется со всеми исправными и незанятыми соседними элементами, образуя новый фронт, до тех пор, пока фронт не достигнет нужного выходного КЭ.

После этого в элементы, составляющие кратчайший путь между двумя ПЭ, заносятся коды настройки, а остальные связи разрываются.

Эффективность системы с программируемой архитектурой зависит от величины коэффициента k = t ₃/t_H , где t₃- время решения задачи; t_H- время настройки системы.

Чем больше k, тем эффективнее система .Так как t_H - велико, то повысить k можно увеличением t₃.

Один из путей увеличения t ₃ - после настройки система длительное время используется для решения одной и той же задачи.

Особенности МПСПА :

1) высокое быстродействие при решении крупных задач;

2) наиболее выгоден режим конвейерной обработки;

3) параллелизм процессоров управления доступа к данным и обработки;

4) распределенность процессоров управления, доступа к данными обработки между модулями системы, т.е. децентрализованность управления работой системы и ассинхронность взаимодействия процессоров и модулей;

5) перестраиваемость структуры с целью адаптации системы к потребностям задач и повышение устойчивости к отказам элементов;

6) открытость, т.е. возможность развития системы за счет подключения к ней модулей без изменения принципов функционирования имеющихся модулей.