ВС класса MIMD

MIMD (МКМД) – обладают большой гибкостью и разнообразием, они могут функционировать и как высокопроизводительные однопользовательские системы, так и как многопрограммные ВС, выполняющие задачи параллельно. MIMD состоят из процессорных элементов, каждый из которых выполняет свою программу, причем достаточно независимо от других процессорных элементов. По варианту взаимодействия между процессорными элементами системы MIMD разделяются на:

1. систему с общей памятью, которая характеризуется, как сильно связанные системы, в которых имеется общая память, доступная для всех процессоров;

2. система с распределенной памятью, которая называется слабосвязанными системами, в которых память разделена между процессорами, и каждый блок памяти доступен только своему процессору.

Рассмотрим отдельных представителей, населяющих данный класс.

· Симметричная мультипроцессорная ВС

(SMP – symmetric multy processing)

Отличительные черты:

§ Имеется два и более процессоров, сопоставимые по производительности;

§ Процессоры используют совместно ОП (основную память) и работают в едином виртуальном и физическом адресных пространствах;

§ Все процессоры связаны между собой так, что время доступа к памяти любого из них одинаково, привилегий ни у кого нет;

§ Все процессоры разделяют доступ к устройствам ввода-вывода либо через одни и те же каналы, либо через разные каналы, обеспечивающие доступ к одному и тому же устройству ввода/вывода;

§ Все процессоры способны выполнять одинаковые функции;

§ Любой процессор может обслуживать внешние прерывания;

§ ВС управляется интегрированной (общей) ОС, которая организует и координирует взаимодействие между процессорами на уровне заданий, задач, файлов и элементов данных.

Процессоры одновременно работают с данными, хранящимися в основной памяти, именно поэтому в SMP-системах важнейшее значение приобретает вопрос обеспечения когерентности данных. Когерентность означает, что в любой момент времени для каждого элемента данных в любом модуле (в данном случае – КЭШ-памяти) существует только одно его значение, несмотря на возможное одновременное существование нескольких копий этого элемента данных, расположенных в разных видах памяти и разных процессорах. В современных SMP-системах когерентность данных обеспечивается чаще всего аппаратно. В типовых SMP-системах существует специальная шина слежения за когерентностью, которая используется для своевременного внесения обновления данных.

Недостатки:

‒ Необходимость организации канала процесса в память с очень высокой пропускной способностью;

‒ Наличие общих ресурсов, а именно ОП и системы ввода-вывода, при обращении к которым возникают конфликты, а значит и потери времени.

· ВС NUMA (Non-Uniform Memory Access) – ВС с неоднородным доступом к памяти.

Отличительные черты:

§ Отдельные модули объединяются между собой с помощью высокоскоростной коммуникационной системы;

§ Общей основной памяти нет, она, память, распределена, разделена между отдельными модулями. Хотя основная память разделена, тем не менее, она сохраняет общее единое адресное пространство. Это значит, что любая ячейка основной памяти в любом из модулей имеет уникальный адрес;

§ Доступ к локальной ОП значительно быстрее, чем к общей ОП;

§ Если процессор инициирует доступ к памяти, и нужная ему ячейка не представлена ни в его КЭШ-памяти, ни в его ОП, то тогда формируется запрос к памяти другого узла (модуля). При этом каждый узел содержит справочник, который указывает, у какого процессора находится какое адресное пространство;

§ Обеспечение когерентности также представляет собой серьезнейшую проблему для NUMO-систем. Когерентность КЭШ также обеспечивается, как правило, аппаратным путем.

· ВС с массовой параллельной обработкой

§ Отсутствует общая память. Это заметно снижает скорость межпроцессорного обмена, поскольку нет общей среды для хранения данных, предназначенных для обмена между процессорами.

§ Требуется специальная техника программирования для реализации обмена сообщениями между процессорами.

§ Каждый процессор может использовать только ограниченный объем локального банка памяти.