Многопроцессорные системы (мпс)

Вычислительная техника в настоящее время по пути повышения производительности приблизилась к предельным возможностям времени переключения электронных схем, что ограничивает дальнейшее повышение производительности.

Так, за время переключения = 1 нс, сигнал может распространяться на расстояние 30 см. При превышении габаритов, ЭВМ не представляется обеспечить работу системы, поэтому одним из способов повышения производительности является использование принципа параллельно обработки информации. Стремление к повышению производительности ЭВМ в настоящее время могут использованы многомашинные вычислительные комплексы (МВК) или многопроцессорные системы. В данных системах используется принцип параллельной обработки информации.

Рассмотрим структуру МВК:

МВК состоит из нескольких отдельных ЭВМ, в которых обеспечивается возможность межмашинного обмена информацией, т.е. каждая ЭВМ. МВК содержит: свою операционную систему (ОС), процессор (Пр), оперативную память (ОП), каналы ввода-вывода (КВВ) и внешние устройства (ВУ). Между процессорами возможен обмен информацией. В каждой ЭВМ имеется своя оперативная память. С помощью каналов ввода-вывода обеспечивается работа любого процессора с внешними устройствами. В данной системе недостатками являются: наличие большого количества операционных систем и необходимостью межмашинного обмена информацией. С другой стороны, МВК обеспечивает повышение надежности комплекса. Т.к. при отказе одной из ЭВМ, обработка информации выполняются другими машинами. Более перспективным способом повышения производительности является использование многопроцессорных систем, особенностью которых является то, что в них используется общая операционная система, блок процессоров, общая оперативная память, каналы обмена и внешние устройства.

Структурная схема МПС имеет вид:

Вычислительная система называется МПС, если в ее состав входит несколько процессоров, работающих с общей оперативной памятью, и управляются единой операционной системой. Это означает, что любому процессору доступны оперативная память, КВВ и ВУ. Данная система обладает более высокой надежностью по сравнению с МВК. По принципу работы МПС различают 4 варианта работы МПС:

• ОКОД;

• ОКМД;

• МКОД;

• МКМО.

ОКОД – система, работающая с одиночным потоком данных. Это является частным случаем МПС.

ОКМД – данная система относится к матричным ЭВМ, когда все процессоры выполняют одну и ту же команду с различными данными.

МКОД – в данной системе процессоры выполняют каждый свою команду, с одним и тем же потоком данных. МПС типа МКОД представляет конвейерную обработку информации, это означает, что результат предыдущей операции является входным для следующего процессора.

МКМД – данная система работает с множественным потоком команд и данных, т.е. каждый процессор выполняет свою программу независимо от других процессоров.

По способу построения МПС различают МПС с общей памятью. В данной структуре процессоры имеют в своем составе память типа КЭШ или СОЗУ, и через общую шину подключается к оперативной памяти.

В данной системе наличие большого количества процессоров и общей оперативной памяти приводит к возникновению очереди при обращении процессоров к ОП, что снижает производительность системы. Для устранения названого недостатка используют схемы МПС с распределенной памятью. Для этого в состав каждого процессора вводится локальная память.