Классификация мультипроцессорных систем по способу организации основной памяти.
Существует 2 основных архитектуры вычислительной системы:
1) МП с общей памятью;
2) МП с распределенной памятью.
В системах с общей памятью процессоры имеют доступ на уровне команд к одним и тем же общим для них данным памяти. Процессоры связаны с памятью через одну шину, поэтому возникает задача быстрого доступа. Для снятия этой проблемы каждому процессору добавляется КЭШ память, но с появлением этой КЭШ памяти возникает другая проблема отслеживания когерентности данных.
КЭШ
КЭШ
КЭШ
П1
Пi
Пn
… …
Общая
память
Система вводы/вывода
В МП системах с распределенной памятью каждый процессор обладает своей собственной памятью, может иметь и свои устройства ввода/вывода. Соединяются процессоры в единую систему с помощью коммуникационной цепи.
Пр.1
Пр.i
Пр.n
в/ввn
П1
в/ввi
П1
в/вв1
П1
Коммуникационная сеть
Для данной сети в основном используются сети связи с фиксированной топологией. В этом случае каждый из процессоров связан с некоторой ограниченной группой близко расположенных процессоров, а не со всеми сразу. Если необходимо связаться с некоторым удаленным процессором, то сообщение передаётся через промежуточные процессоры. Эти системы еще называют – мультипроцессорными системами с передачей сообщений.
Рассмотренные 2 типа систем МП имеют + и -.
В системах с общей памятью есть существенные ограничения по числу процессоров.
Второй же тип имеет большое число процессоров, но программы для них должны быть слабо связаны.
Возникает желание совместно использовать эти 2 типа систем. Примером являются кластерные системы. Эти системы имеют иерархическую архитектуру, когда внутри каждого кластера имеются внутренние кластеры более низкого уровня.
К типу архитектур МП систем с общей памятью относятся СМП системы.
К типу архитектур мультипроцессорных систем с общей памятью относят системы СМП. В этих системах все процессоры имеют равные права по использованию раздельных ресурсов: память и общая шина.
КЭШ
КЭШ
КЭШ
ЦП1
ЦП2
ЦПn
ОП
…
К1
К2
PCI 1 PCI2
Распределение задач между процессорами в СМП системе производится операционными системами.
Р1
Р2
Р3
Р4
PCI
Мультипроцессорные системы с распределительной памятью
Рассмотрим вариант системы с распределительной памятью, построенной с помощью общей шины. В качестве общей шины может использоваться шина PCI или шина VME. В этом случае каждый процессор имеет некоторый интерфейсный блок для подключения шины и индивидуальной памяти.
П1
П1
П1
П1
ЦП1
ЦП2
ЦП3
ЦП4
ИБ
ИБ
ИБ
ИБ
Подключение процессоров к шине осуществляется через интерфейсный блок. Каждый процессор имеет свою индивидуальную память Pi.
Достоинством такой топологии является простота и низкая стоимость средств коммутации.
Недостатком является наличие общей шины, поскольку при увеличении числа процессоров она становится узким местом и результируемый эффект от увеличения числа процессоров снижается.
Рассмотрим другую топологию, которая называется – полный граф.
ЦП2
ЦП1
П2
П1
ЦП4
ЦПз
П3
П4
В данном случае интерфейсные блоки обеспечивают связь точка-точка. В топологии «полный граф» каждый процессор непосредственно связан с любым другим. Это обеспечивает максимальные возможности для информационного обмена между узлами.
Недостатком такой топологии является тот факт, что с ростом числа процессоров резко возрастает количество интерфейсных блоков, т.е. возрастает сложность коммуникационного оборудования.