17.Smp система с общей шиной
Архитектура с общей шиной
Структура и интерфейсы общей шины в основном такие же, как и в однопроцес
сорной ВС, где шина служит для внутренних соединений (рис. 14.5).
Достоинства и недостатки систем коммуникации на базе общей шины с разделением времени достаточно подробно обсуждались ранее. Применительно к SMP-системам отметим, что физический интерфейс, а также логика адресации, арбитража и разделения времени остаются теми же, что и в однопроцессорных системах.
Общая шина позволяет легко расширять систему путем подключения к себе большего числа процессоров. Кроме того, напомним, что шина — это, по существу, пассивная среда, и отказ одного из подключенных к ней устройств не влечет отказа всей совокупности.
В то же время SMP-системам на базе общей шины свойственен и основной недостаток шинной организации — невысокая производительность: скорость системы ограничена временем цикла шины. По этой причине каждый процессор снабжен кэш-памятью, что существенно уменьшает число обращений к шине. Наличие множества кэшей порождает проблему их когерентности, и это одна из основных причин, по которой системы на базе общей шины обычно содержат не слишком много процессоров. Так, в системах Compaq AlphaServer GS140 и 8400 используется неболее 14 процессоров Alpha 21264. SMP-система HPN9000 в максимальном варианте состоит из 8 процессоров РА-8500, а система SMP Thin Nodes для RS/6000 фирмы IBM может включать в себя от двух до четырех процессоров PowerPC 604. Архитектура с общей шиной широко распространена в SMP-системах, построенных на микропроцессорах х86. В эту группу входят: DELL Power Edge, IBM Netfinity, HP NetServer. На рис. 14.6 показана структура симметричной мультипроцессорной вычислительной системы на базе микропроцессоров Pentium III.
18.SMP система з комутатором.
SMP - системами ще називають багатопроцесорні системах.
Сучасні системи SMP архітектури складаються, як правило, з декількох однорідних мікропроцесорів, що серійно випускаються, і масиву спільної пам'яті, підключення до якої виконується або за допомогою спільної шини, або за допомогою комутатора.
Система з комутатором не має таких недоліків, як у випадку систем з розділеною пам’яттю. Проте основна проблема при розробці таких систем - це складність комутації процесорів з пам’яттю та організація одночасного доступу процесорів до спільних пристроїв.
Метод використання єдиної пам’яті є створення декількох окремих блоків, кожен з яких може працювати з одним процесором. Одною з таких реалізацій є система матричних комутаторів.
П- процесор, ОЗП(ОЗУ) - оперативний запам’ятовуючий пристій
На вузлах сітки провідників ставиться комутатор, який відкриває або забороняє процесору доступ до даного блоку пам’яті. В системі, в якій є n процесорів та n блоків пам’яті потрібно n комутаторів, що при значних n є дуже великим числом.
Або
Симетрична мультипроцесорна система (SMP – symmetrical multiprocessor) складається з кількох однакових процесорів, зв’язаних в єдину обчислювальну машину за допомогою магістралі, або яким-небудь іншим способом.
Для SMP-систем характерні наступні ознаки:
Наявність двох і більше однакових, або близьких по по характеристиках процесорів.
Процесори мають доступ до спільної пам’яті, до якої вони підєднані через загальну системну магістраль, або за допомогою іншого механізму забезпечення взаємодії, але в любому випадку час доступу до ресурсів пам’яті любого процесора приблизно одинаковий.
Процесори мають доступ до спільних засобів вводу/виводу або через один і той же канал, або через розділені канали.
Всі процесори здатні виконувати одинаковий набір функцій (звідси і визначення симетрична система).
Весь комплекс управляється загальною операційною системою, яка забезпечує взаємодію між процесорами і програмами на рівні завдань, файлів і елементів даних.
В SMP-системі розподіл процесів або потоків задач між окремими процесорами покладається на операційну систему.
Найбільш суттєві переваги SMP-систем над однопроцесорними:
Підвищення продуктивності. Якщо окремі прикладні задачі можуть виконуватись паралельно, система з багатьма процесорами буде процювати швидше, ніж система з одним процесором того ж типу.
Надійність. Оскільки всі процесори SMP-системи однотипні і можуть і можуть виконувати одні і ті же задачі, то у випадку відмови одного із них заплановану для нього задачу можна передати іншому процесору. Отже відмова одного із процесорів не приводить до втрати працездатності всієї системи.
Можливість функціонального нарощення. Користувач може підвищити продуктивність системи, включивши до її складу додаткові процесори.
Виробництво однотипних систем різної продуктивності. Виробник комп’ютерів може запропонувати клієнтам цілий спектр систем з одинаковою архітектурою, але різною ціною і продуктивністю, які відрізняються кількістю процесорів.
Перераховані переваги частіше всього є потенційними і далеко не завжди на практиці їх вдається реалізувати.
Дуже привабливим для користувачів особливістю SMP-систем є її прозорість. Операційна система бере на субе всі турботи по розподілу задач між окремими процесорамиі синхронізації їх роботи.
Структурна організація SMP-систем. На рис. 1 пказана загальна блк-схема мультипроцесорної системи. В складі системи є 2 або більше процесорів, кожний із яких має весь комплект необхідних вузлів – пристрій управління, АЛП, регістри і блок кеша. Кожний процесор має доступ до головної пам’яті системи і пристроїв вводу-виводу через деяку підсистему взаємодії.
Варіанти структурної організації мультипроцесорних систем можна класифікувати наступним чином:
Системи з спільною або розділеною в часі магістраллю;
Системи з багатопортовою пам’ятю;
Системи з центральним пристоєм управління.
Рис. 1. Загальна блок-схема мультипрцесорної системи симетрична мультипроцесорна система
Системи з спільною магістраллю. Використання спільної магістралі в режимі розділення часу – це самий простий спосіб організації сумісної роботи процесорів в SMP-системі
Рис. 2 Організація SMP-системи із спільною магістраллю
Системи з багатопортовою пам’ятю. Використання в SMP-системах багатопортової пам’яті дозволяє організувати пряме звернення кожного процесора і модуля вводу-виводу до загального масиву інформації, незалежно від всіх інших. При цьому кожний модуль пам’яті повинен бути забезпечений логічною схемою вирішення можливих конфліктів. Для цього частіше всього портам назначаються певні пріоритети.
Системи з центральним пристроєм управління. Центральний пристрій управління організовує розділені потоки даних між незалежними модулями – процесорами, пам’ятю і модулями вводу-виводу. Контролер може запам’ятати запити і виконувати функції арбітра і розподілювача ресурсів. На нього також покладаються функції передачі інформації про стан, керуючих повідомлень і повідомлення процесорів про зміну інформації в кешах.
Сетевой коммутатор (жарг. свич, свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.