Лекция "Многомашинные вычислительные системы."

билет 35 тема 1 Многомашинные вычислительные системы. Крупномасштабные системы обработки данных можно создавать, повышая мощность ЭВМ или  объединяя многие ЭВМ в вычислительные комплексы и сети. Комплексирование средств  вычислительной техники позволяет создавать широкую номенклатуру высокопроизводительных  отказоустойчивых систем обработки данных и рассматривается как одно из перспективных  направлений развития вычислительной техники. Комплексирование вычислительных систем широко применяется при создании многомашинных и  многопроцессорных ВС. Многомашинная вычислительная система (ММВС) – система (комплекс), включающая в себя две  или более ЭВМ (каждая из которых имеет процессор, ОЗУ, набор периферийных устройств и работает под управлением собственной ОС), связи между которыми обеспечивают выполнение функций,  возложенных на ММВС. По характеру связей между ЭВМ ММВС можно разделить на три типа: косвенно­, или  слабосвязанные; прямосвязанные; сателлитные. В косвенно­, или слабосвязанных ММВС ЭВМ связаны друг с другом только через внешние  запоминающие устройства (ВЗУ). Структурная схема такого ММВС приведена на рис. 3.1. (при трех и более ЭВМ комплексы строятся аналогичным образом). В косвенно­связанных системах связь между  ЭВМ осуществляется только на информационном уровне. Такая организация связей обычно  используется в тех случаях, когда необходимо повысить надежность комплекса путем резервирования ЭВМ. В этом случае может быть несколько способов организации работы ММВС: включается только при отказе основной ЭВМ.  Резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии (ненагруженный резерв) и  Резервная ЭВМ находится в состоянии полной готовности и в любой момент может  заменить основную ЭВМ (нагруженный резерв), причем либо не решает никаких задач, либо работает в режиме самоконтроля, решая контрольные задачи. Для того чтобы полностью исключить перерыв в выдаче результатов, обе ЭВМ, и  основная и резервная, решают одновременно одни и те же задачи, но результаты выдаст только  основная ЭВМ, а в случае выхода се из строя результаты начинает вы давать резервная ЭВМ.     Рис. 3.1. Связи ЭВМ в составе ММВС Прямосвязанные ММВС обладают существенно большой гибкостью. В ММВС существуют три вида  связей (рис. 3.1): общее ОЗУ (ООЗУ); прямое управление, иначе связь процессор – процессор; адаптер канал – канал (АКК). Связь через ООЗУ значительно сильнее связи через ВЗУ, вследствие того, что процессоры имеют  прямой доступ к ОЗУ, хотя тоже информационная.  Непосредственная связь между процессорами – канал прямого управления – может быть не только  информационной, но и командной, что, естественно, улучшает динамику перехода от основной ЭВМ к резервной и позволяет осуществлять более полный взаимный контроль ЭВМ. Связь через адаптер канал – канал обеспечивает достаточно быстрый обмен информацией между  ЭВМ, при этом обмен может производиться большими массивами информации. В отношении скорости передачи информации связь через АКК мало уступает связи через общее ОЗУ, а в отношении объема  передаваемой информации – связи через общее ВЗУ.  Прямосвязанные ММВС позволяют осуществлять все способы организации работы ММВС,  характерные для слабосвязанных ММВС, но значительно более эффективно. Для ММВС с сателлитными связями ЭВМ характерным является не способ связи, а принципы  взаимодействии ЭВМ. Структура связей в сателлитных ММВС не отличается от вышерассмотренных(чаще используется АКК). Особенностью этих ММВС является то, что в них, во­первых, ЭВМ  существенно различаются по своим характеристикам, а во­вторых, имеет место определенная  соподчиненность машин и различие функций, выполняемых каждой ЭВМ. Основная ЭВМ (чаще более  высокопроизводительная) предназначена для основной обработки информации. Сателлитная  (подчиненная меньшей производительности) осуществляет организацию обмена информацией  основной ЭВМ с периферийными устройствами, ВЗУ, удаленными абонентами и т.д. Некоторые  ММВС могут включать не одну, а несколько сателлитных ЭВМ, при этом каждая из них  ориентируется на выполнение определенных функций. Сателлитные ММВС значительно увеличивают производительность, не оказывая заметного влияния на показатели надежности. ^  Многопроцессорные вычислительные системы Многопроцессорная вычислительная система (МПВС) – это система (комплекс), включающий в  себя два или более процессоров, имеющих общую ОП, общие периферийные устройства и работающих под управлением единой ОС, которая, в свою очередь, осуществляет общее управление техническими  и программными средствами комплекса. При этом каждый из процессоров может иметь  индивидуальные, доступные только ему ОЗУ и периферийные устройства.  Следует отметить, что МПВС в аппаратном плане значительно более сложны чем ММВС. При этом  основная функция по организации вычислительного процесса возлагается на ОС, что значительно  осложняет ее построение.  Однако, несмотря на все трудности, связанные с аппаратной и программной реализацией, МПВС  получают все большее распространение, так как обладают рядом достоинств, основные из которых:    высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности реконфигурации; высокая производительность за счет возможности гибкой организации параллельной обработки  информации и более полной загрузки всего оборудования; высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента использования  оборудования комплекса. Существует три типа структурной организации МПВС: с общей шиной; с перекрестной коммутацией; ОЗУ. с многовходовыми     В МПВС с общей шиной проблема связей всех устройств между собой решается крайне просто: все они соединяются общей шиной, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления (рис. 3.2). Интерфейс является односвязным, т. е. обмен информацией в любой момент времени может происходить только между двумя устройствами. Если потребность в обмене существует более чем у двух   устройств,   то   возникает   конфликтная   ситуация,   которая   разрешается   с   помощью   системы приоритетов и организации очередей в соответствии с этим. Обычно функции арбитра выполняет либо процессор,   либо   специальное   устройство,   которое   регистрирует   все   обращения   к   общей   шине   и распределяет всеми   устройствами   комплекса. времени   между     шину   во   Рис.   3.2.   МПВС   с   общей   шиной Достоинством   такой   структуры   является   простота,   в   том   числе   изменения   комплекса,   а   также доступность устройств. остальных модулей ОЗУ   всех         дляНедостатками является невысокое быстродействие (одновременный обмен информацией возможен между двумя устройствами, не более), относительно низкая надежность системы из­за наличия общего элемента шины. –     ^  МПВС с перекрестной коммутацией  лишены недостатков, присущих МПВС с общей шиной.  В таких МПВС все связи между устройствами осуществляются с помощью коммутационной матрицы (рис. 3.3.). Коммутационная матрица (КМ) позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причем   таких   пар   может   быть   сколько   угодно:   связи   не   зависят   друг   от   друга. Рис.   3.3.   МПВС   с   перекрестной   коммутацией В МПВС с перекрестной коммутацией возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет   производительности добиваться комплекса. высокой очень           Кроме   того,   к   достоинствам   структуры   с   перекрестной   коммутацией   можно   отнести   простоту   и унифицированность интерфейсов всех устройств, а также возможность разрешения всех конфликтов в коммутационной матрице. Важно отметить и то, что нарушение какой­то связи приводит не к выходу из строя всего комплекса, а лишь к отключению какого­либо устройства, т. е. надежность таких комплексов высока. достаточно     Недостатками   таких   МПВС   является   сложность   наращивания,   что   требует   установки   новой коммутационной  матрицы,  а  также  то, что при  большой  номенклатуре  устройств  КМ  становится сложной, дорогостоящей. громоздкой достаточно и         Рис.   3.4.   МПВС   с   многовходовым   ОЗУ В МПВС с многовходовыми ОЗУ все, что связано с коммутацией устройств, осуществляется в ОЗУ. В   этом   случае   модули   ОЗУ   имеют   число   входов,   равное   числу   устройств,   которые   к   ним подключаются. 3.4.   Структура   МПВC   показана такого рис. на         В отличие от МПВC с перекрестной коммутацией, которые имеют централизованное коммутационное устройство, в МПВК с многовходовыми ОЗУ средства коммутации распределены между несколькими устройствами. Такой способ организации МПВК сохраняет все преимущества систем с перекрестной систему   коммутации. коммутацией,   несколько   упрощая   при   этом   саму   Кроме приведенных структурных организаций ММВС и МПВС нередко встречаются и смешанные.