Ассоциативные вычислительные системы

Ассоциативные системы относятся к классу: «один поток команд - множество пото­ков данных». Эти системы, как и матричные, включают большое число операционных устройств, способных одновременно по командам управляющего устройства вести обра­ботку нескольких потоков данных, но эти системы существенно отличаются от матричных способами формирования потоков данных. Если в матричных системах данные поступают на обработку от общих ОЗУ или других адресных ЗУ или вводятся в систему, то в ассо­циативных вычислительных системах информация на обработку поступает от ассоциатив­ных запоминающих устройств (АЗУ), характеризующиеся тем, что информация в них вы­бирается не по определенному адресу, а по ее содержанию.

Рис.7.4 Структура ассоциативного запоминающего устройства

Ассоциативное ЗУ включает в себя: устройство управления (УУ), запоминающий массив, регистр ассоциативных признаков (РгАП), регистр маски (РгМ), регистр индика­торов адреса с схемами сравнения на входе. В АЗУ могут быть и другие элементы. Вы­борка информации из АЗУ происходит следующим образом: в РгАП передается код при­знака искомой информации. Код может иметь произвольное число разрядов, от 1 до m fm-максимальное число разрядов). Если код признака используется полностью, то он без из­менения поступает на схему сравнения. Если же необходимо использовать только часть кода, то ненужные разряды маскируются с помощью РгМ. Перед началом поиска инфор­мации в АЗУ все разряды регистра индикаторов адреса устанавливаются в единичное со­стояние. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек запоминающего мас­сива, и содержимое сравнивается со значением 1-го разряда регистра ассоциативных при­знаков. Если содержимое разряда запоминающего массива не совпадает с содержимым разряда регистра ассоциативных признаков, то в соответствующую ячейку регистра инди­катора адреса заносится "О", в противном случае состояние не меняется (остается "1"). За­тем эта операция повторяется с вторым, третьим разрядом и так до последнего. После по­разрядного опроса и сравнения в единичном состоянии останутся те разряды регистра ин­дикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадаю­щую с записанной в регистр ассоциативных признаков. Эта информация затем считывает­ся в последовательности, определенной в УУ.

Запись новой информации в запоминающий массив АЗУ производится без указания номера ячейки. Обычно один из разрядов в каждой ячейке используется для указания ее занятости. В этом случае при записи в АЗУ новой информации устанавливается признак "О" в соответствующем разряде регистра ассоциативных признаков и определяются все ячейки запоминающего массива, которые свободны для записи информации. В одну из этих ячеек УУ и записывает информацию. Не редко АЗУ строится таким образом, что кроме ассоциативной допускается и прямая адресация данных, что представляет опреде­ленные удобства при работе с периферийными устройствами. Запоминающие элементы АЗУ в отличие от элементов адресных ЗУ должны не только хранить информацию, но и выполнять определенные логические функции, которые позволяют осуществлять поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям, а именно; содержимое ячейки больше признака, меньше или равно.

Оперативные АЗУ способны формировать несколько потоков идентичной информа­ции, которая обрабатывается большим числом операционных устройств. На основе ассо­циативной памяти легко реализуется изменение места порядка расположения информа­ции. Благодаря этому АЗУ является эффективным средством формирования набора дан­ных в высокопроизводительных системах.

7.5. Многомашинные вычислительные системы

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 слабосвязаппых ММВС ЭВМ связаны друг с другом только через внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Структурная схема такого ММВС приведена на рис. 7.5. (при трех и более ЭВМ комплексы строятся аналогичным образом). В косвен­но-связанных 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 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 7.5.Связм ЭВМ в составе ММВС

Прямосвязанные ММВС обладают существенно большой гибкостью. В ММВС су­ществуют три вида связей (рис.7.5): общее ОЗУ (ООЗУ); прямое управление, иначе связь процессор - процессор;

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 В ЗУ.

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, во-первых, ЭВМ существенно различаются по своим характеристикам, а во-вторых, имеет место определенная со подчиненность 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.