Лекция "многомашинные вычислительные системы"

тема 1 вопрос 35 многомашинные вычислительные системы Многомашинная вычислительная система ( рис. 10.21, а) содержит несколько ЭВМ, каждая из  которых имеет свою основную память и работает под управлением своей операционной системы, а  также средства обмена информацией между машинами. Применение многомашинных систем  позволяет повысить надежность вычислительных комплексов, однако при этом оборудование  комплекса недостаточно эффективно используется для этой цели. Достаточно в каждой ЭВМ выйти  из строя одному устройству ( даже разных типов), как вся система становится неработоспособной. [1] Многомашинная вычислительная система содержит две или более одинаковых или разных ЦВМ,  каждая со своими каналами и периферийными устройствами, связанных между собой через  устройство обмена информацией. [2] Многомашинные вычислительные системы представляют собой логическое следствие эволюции двух  общих тенденций, действующих в области конструирования вычислительных машин: стремления к  модульной конструкции и организации одновременной ( параллельной) работы различных устройств  машины. Эти две тенденции и привели к перерастанию системы модулей отдельной ЭВМ в систему  самостоятельных вычислительных средств, которые могут выполнять одновременно различные части  одной большой задачи или различные задачи одной системы. [3] Многомашинная вычислительная система представляет собой комплекс из двух или более ЭВМ,  связанных между собой либо общей разделяемой памятью, либо линиями передачи информации. [4] Многомашинные вычислительные системы ­ это системы, содержащие несколько одинаковых или  различных, относительно самостоятельных компьютеров, связанных между собой через устройство  обмена информацией, в частности, по каналам связи. В последнем случае речь идет об  информационно­вычислительных сетях. [5] В многомашинной вычислительной системе ­ ЭВМ, выполняющая программы под управлением  главной ЭВМ. [6] В многомашинной вычислительной системе каждый компьютер, входящий в систему, имеет  классическую архитектуру. Такая система применяется достаточно широко, однако эффект от ее  применения может быть получен только при решении задач, имеющих специальную структуру: она  должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе. [7] В многомашинных вычислительных системах ­ одна из ЭВМ, осуществляющая планирование и  организацию работ в системе. [8] В многопроцессорных и многомашинных вычислительных системах используются в основном  параллельные интерфейсы для сопряжения отдельных устройств в ЭВМ, и только в отдельных  случаях применяются последовательные интерфейсы для подключения периферийных устройств.  Параллельные интерфейсы обеспечивают в первую очередь передачу сигналов прерывания, а также  отдельных слов ( команд) и блоков данных между сопрягаемыми ЭВМ и устройствами. [9] Рабочий режим многомашинной вычислительной системы, в которой вся основная память и большая  часть устройств внешней памяти являются общими для всех центральных процессоров. [10] Структура многомашинной системы с непосредственными связями. Основными вариантами многомашинных вычислительных систем с применением микро ­ ЭВМ  являются системы с непосредственной связью и с общей памятью. [11] Современные сложные системы обработки информации используют в качестве технической базы  многомашинные вычислительные системы и вычислительные сети. Их структурные характеристики  определяют исходя из выполняемых функций по обработке, хранению, передаче и отображению  информации, а также реализации этих функций на конкретной технической основе. [12] Чтобы управлять большим числом объектов, вычислительный комплекс выполнен в виде  многомашинной вычислительной системы, состоящей из нескольких машин, связанных каналами  обмена информацией. [13] Многопрограммные ЭВМ в большей степени приспособлены для построения на их базе  многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем. 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 ММВСЭВМ 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: ∙ Резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии (ненагруженный резерв) и включается только  при отказе основной ЭВМ. ∙ 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. 19. Связи ЭВМ в составе ММВС Прямосвязанные ММВС обладают существенно большой гибкостью. В ММВС существуют три вида  связей (рис. 19): 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.