ВК на базе СМ ЭВМ (DEC).

В Системе Малых ЭВМ (СМ ЭВМ) с одношинной структурой все устройства подключаются к единственной магистрали, по которой передается вся информация. Все устройства, входящие в состав ЭВМ используют единый, одинаковый для всех набор сигналов интерфейса.

Как и в ЕС ЭВМ в СМ ЭВМ предусмотрен набор средств для создания комплексов: переключатель общей шины, адаптер межпроцессорной связи, устройство сопряжения ЭВМ (рисунок 6.4).

Переключатель общей шины предназначен для построения многомашинных комплексов различной конфигурации. Переключатель представляет собой устройство, позволяющее подключить к общей шине (ОШ) одного из двух процессоров дополнительный участок шины (ДШ). К ДШ могут подключаться любые устройства СМ ЭВМ, кроме процессора, и в любом наборе.

Рисунок 6.4.

Стандарт ДШ полностью соответствует ОШ, все сигналы передаются без искажений. Переключатель шины (ПШ) состоит из двух одинаковых секций, каждая из которых подсоединена к ОШ процессоров. Секция содержит собственный переключатель и расширитель ОШ. Таким образом, с помощью ПШ можно создавать двухмашинные комплексы с общим полем ВЗУ или ОЗУ. Следует отметить, что дополнительное программное обеспечение при использовании ПШ не требуется.

Адаптер межпроцессорной связи (АМС) предназначен для такой связи между ЭВМ, при которой любой из процессоров двух связанных ЭВМ может обращаться к устройствам ЭВМ, как к своим собственным. Обращение процессора одной ЭВМ к устройствам другой выполняются обычными командами с использованием, так называемого окна, то есть зоны адресов, специально отведенной для этой цели. Емкость окна выбирается при проектировании. Местоположение окна на адресной шине комплекса задается программно перед установлением связи через АМС. В качестве окна может быть использован любой незадействованный блок адресов, но на практике чаще всего окно располагается вслед за адресами ОП. АМС подключается на ОШ обеих ЭВМ. Любое обращение к окну реализуется в режиме прямого доступа. Устройство симметрично, то есть любая ЭВМ может быть и источником и приемником данных. Обращение через окно может исходить из любого устройства, которое способно быть задающим. Функционально АМС включает в себя несколько адресуемых регистров для входных и выходных данных, адресов и сигналов управления.

Рисунок 6.5.

На рисунке 6.5 представлен трехпроцессорный комплекс, в котором ОС является общей для всех процессов. Эта же схема может быть и схемой трех- машинного комплекса, если каждый процессор работает только по своей ОП. Работа АМС поддерживается программами, входящими в состав специального программного обеспечения СМ ЭВМ.

Для организации иерархических комплексов на основе ЕС и СМ ЭВМ (рис. 6.6)используется устройство сопряжения вычислительных машин (УСВМ).

В таком комплексе центральная ЭВМ – типа ЕС и периферийная ЭВМ- типа СМ. УСВМ имеет два интерфейса - ЕС и СМ. К ЕС ЭВМ УСВМ подключается к селекторному или мультиплексному каналам, а к СМ ЭВМ - к ОШ и реагирует на команды ЭВМ как обычное периферийное устройство, используя эти команды для установки связи между ЭВМ. УСВМ состоит из двух частей : интерфейсного блока и устройства управления. Взаимодействие УСВМ и СМ ЭВМ осуществляется с помощью четырех адресуемых регистров: регистров команд и состояния (РКС), регистра данных(РД), регистра адреса (РА) и регистра длины массива (РДМ).

Информация в РКС определяет режим работы УСВМ и отражаемое его состояние. Реализация алгоритмов взаимодействии ЕС с УСВМ – аппаратная, а инициализация режима обмена - программная.

Рисунок 6.6.

§6.3. Комплексы на основе микро-ЭВМ и микропроцессоров.

Всё многообразие таких комплексов можно разделить на три группы.

К первой группе можно отнести комплексы, выполняемые по классическим схемам многомашинных или многопроцессорных вычислительных комплексов, с теми же способами взаимодействия, которые были описаны выше.

Во вторую группу входят комплексы построения на микро-ЭВМ, память которых доступна для всех ЭВМ комплекса. Такие комплексы называются вычислительными комплексами с общедоступной памятью.

Третья группа ВК характеризуется наличием общего поля ОП.

Следует заметить, что появление микропроцессоров поначалу породило большие надежды в отношении классической МПВК с большим числом процессоров, т.к. снимались ограничения, связанные со сложностью, громоздкостью и высокой стоимостью комплексов. Делались попытки создания МПВК, содержащих десятки и даже тысячи процессоров. Характерным является комплекс «Гиперкуб» содержащий 10000 процессоров. Этот комплекс, как и другие подобные ему, не оправдал возлагавшихся на него надежд из-за сложности построения, организации вычислительных процессов и трудностей программирования (возникает большое количество конфликтов). Стало ясно, что основные трудности создания МПВК сохранились, и при возрастании количества процессоров только возрастают.

Многомашинные ВК на базе микро-ЭВМ создавались первоначально по классическим схемам. Однако, это не давало должного эффекта при большом числе микро-ЭВМ. Получались комплексы, которые развивали достаточно высокую производительность только при решении больших потоков сравнительно простых задач. Не удавалось добиться возрастания производительности при решении сложных задач за счет организации параллельной обработки информации. Это и привело к поискам новых структур. Ясно было, что надо придавать ММВК некоторые свойства, присущие многопроцессорным комплексам. Многочисленные полученные варианты, имеют общий характерный признак: это ММВК с включением некоторых особенностей.

Идея комплексов с общедоступной памятью очень проста – ОЗУ и ВЗУ каждой ЭВМ доступны для других ЭВМ. С этой целью предусматривается соответствующие связи, а система адресации позволяет рассмотреть все ЗУ как единое целое. При этом любая ЭВМ имеет все ресурсы для решения задач и управления своей ОС, т.е. комплекс остается многомашинным. Однако, общедоступная память дает новое качество, а именно, возможность использовать общие базы данных, решать на нескольких ЭВМ одну общую задачу. При решении одной задачи на нескольких ЭВМ, как и в МПВК, сохраняется проблема синхронизации этапов решения.

Наиболее характерным в этой группе является комплекс Cm*, разработанный в университете Карнеги (рисунок 6.7).

Рисунок 6.7.

Основным элементом комплекса является микро-ЭВМ LSI-II фирмы DEC, включающая в себя процессор, ОЗУ, ВЗУ на дисках, устройства для работы оператора. Все устройства объединены общей шиной. Несколько таких ЭВМ (до 14) связываются через шину отображения с помощью локальных переключателей Se. Группа ЭВМ, связанных шиной отображения образует кластер. В комплексах может быть несколько кластеров, которые объединяются между собою межкластерными шинами. Взаимодействие кластеров обеспечивается коммутационным процессором (КП). Этот процессор управляет и шиной отображения. Любой процессор имеет доступ по всем ЗУ системы. Система адресации позволяет отображать виртуальное адресное пространство. В комплексе доступ к различным ЗУ осуществляется с различной задержкой: минимальная задержка наблюдается при обращении к собственной памяти, средняя задержка характерна при обращении к памяти другой ЭВМ, входящей в тот же кластер, и максимальная задержка - при обращении к ЗУ других кластеров.

По таким же, примерно, как и в Cm* принципам строятся и современные кластеры.

Принцип построения системы с общим полем оперативной памяти заключается в том, что несколько ЭВМ, каждая из которых имеет собственное ОЗУ, кроме того, имеет возможность обращаться к общему ОЗУ, емкость которой значительно больше не только емкости ОЗУ одной ЭВМ, но и суммарной емкости всех ОЗУ. Такое построение в максимальной степени приближает ММВК к МПВК, т.к. общее ОЗУ обеспечивает комплекс большинством свойств, характерных для МПВК, в том числе возможность параллельной работы при решении одной большой задачи. При этом любая ЭВМ работает под управлением своей достаточно простой ОС.

Рисунок 6.8.

Характерным представителем этой группы является Cmmp (рисунок 6.8).

Система Cmmp строилась на основе мини-ЭВМ PDP-11/40 фирмы DEC. В комплексе может быть 16 ЭВМ и 16 МП. С помощью матричного коммутатора (16x16) к любой ЭВМ может подключиться один из 16 модулей памяти (МП), создающий общее поле памяти. Так как адресное поле ЭВМ, не соответствует общему адресному пространству общей памяти, обращение процессоров к общей памяти осуществляется через специальный транслятор адреса (ТА).

Кроме связи ЭВМ через общую память, имеется связь между ЭВМ посредством межпроцессорной шины, что обеспечивает взаимные прерывания с тремя уровнями, синхронизацию процессоров, а также выполнение некоторых функций управления (любой процессор может останавливать и запускать любой другой процессор). Конфликты, которые возникают при одновременном обращении двух и более процессоров к одному и тому же модулю памяти, разрешаются в самих модулях, где организуется очередь запросов. ВК типа Cmmp максимально приближаются к многопроцессорным комплексам и при малой емкости памяти собственных ОЗУ приобретают значительную часть недостатков МПВК, в частности большое число конфликтов из-за памяти, сложность ОС.

Рассматривая организацию обработки информацию в таких ВК, можно отметить, что принципиально и в том и в другом комплексе возможны все три способа функционирования «ведущий-ведомый», раздельное выполнение заданий любым процессором, симметричная обработка. Однако для комплексов типа Cm* больше подходит «ведущий-ведомый», а симметричная обработка сильно затруднена. Для вычислительных комплексов типа Cmmp одинаково приемлемы все три способа.