Классификация мультипроцессорных систем по способу организации основной памяти.

Существует 2 основных архитектуры вычислительной системы:

1) МП с общей памятью;

2) МП с распределенной памятью.

В системах с общей памятью процессоры имеют доступ на уровне команд к одним и тем же общим для них данным памяти. Процессоры связаны с памятью через одну шину, поэтому возникает задача быстрого доступа. Для снятия этой проблемы каждому процессору добавляется КЭШ память, но с появлением этой КЭШ памяти возникает другая проблема отслеживания когерентности данных.

 

 

 

… …

 

 

 

 

В МП системах с распределенной памятью каждый процессор обладает своей собственной памятью, может иметь и свои устройства ввода/вывода. Соединяются процессоры в единую систему с помощью коммуникационной цепи.

Пр.1

Пр.i

Пр.n

 

 

 

Для данной сети в основном используются сети связи с фиксированной топологией. В этом случае каждый из процессоров связан с некоторой ограниченной группой близко расположенных процессоров, а не со всеми сразу. Если необходимо связаться с некоторым удаленным процессором, то сообщение передаётся через промежуточные процессоры. Эти системы еще называют – мультипроцессорными системами с передачей сообщений.

Рассмотренные 2 типа систем МП имеют + и -.

В системах с общей памятью есть существенные ограничения по числу процессоров.

Второй же тип имеет большое число процессоров, но программы для них должны быть слабо связаны.

Возникает желание совместно использовать эти 2 типа систем. Примером являются кластерные системы. Эти системы имеют иерархическую архитектуру, когда внутри каждого кластера имеются внутренние кластеры более низкого уровня.

К типу архитектур МП систем с общей памятью относятся СМП системы.

К типу архитектур мультипроцессорных систем с общей памятью относят системы СМП. В этих системах все процессоры имеют равные права по использованию раздельных ресурсов: память и общая шина.

 

				ОП

 

 

…

 

 

PCI 1 PCI2

 

 

Распределение задач между процессорами в СМП системе производится операционными системами.

 

 

 

PCI

 

Мультипроцессорные системы

С распределительной памятью

Рассмотрим вариант системы с распределительной памятью, построенной с помощью общей шины. В качестве общей шины может использоваться шина PCI или шина VME. В этом случае каждый процессор имеет некоторый интерфейсный блок для подключения шины и индивидуальной памяти.

 

 

П1

П1

П1

П1

 

 

 

 

Подключение процессоров к шине осуществляется через интерфейсный блок. Каждый процессор имеет свою индивидуальную память Pi.

Достоинством такой топологии является простота и низкая стоимость средств коммутации.

Недостатком является наличие общей шины, поскольку при увеличении числа процессоров она становится узким местом и результируемый эффект от увеличения числа процессоров снижается.

Рассмотрим другую топологию, которая называется – полный граф.

 

 

 

В данном случае интерфейсные блоки обеспечивают связь точка-точка. В топологии «полный граф» каждый процессор непосредственно связан с любым другим. Это обеспечивает максимальные возможности для информационного обмена между узлами.

Недостатком такой топологии является тот факт, что с ростом числа процессоров резко возрастает количество интерфейсных блоков, т.е. возрастает сложность коммуникационного оборудования.

 

Топология из 4х процессорных блоков.

Двумерный гиперкуб.

В этом случае каждый процессор связан только со своими ближайшими соседями. Несмотря на сложное название, эта топология проще.

 

 

 

В этой топологии количество требуемых интерфейсных блоков и интерфейсный обмен между ними меньше, чем в системах «полный граф». Топология «гиперкуб» находит применение в системах с большим количеством процессов.

Сравним 2 способа построения мультипроцессорных систем СМП и МРР. Основное преимущество систем СМП – это простота программирования. Поскольку в системах СМП все процессоры имеют одинаково быстрый доступ к памяти, то вопрос о том, какой процессор будет выполнять те или иные вычисления не принципиальны. Кроме того, большая часть вычислительных алгоритмов, разработанных для однопроцессорных систем могут использоваться в СМП при условии применения распараллеливаемых компиляторов.

Системы СМП – это наиболее распространенный сейчас тип параллельных систем, т.е. 2х-4х процессорные системы уже широко применяются.

Однако с большим числом процессов требуется решение возникших проблем, таких как:

1. Когерентность КЭШ памяти.

2. Арбитраж конкуренции за шину.

3. Обработка аппаратных прерываний.

Системы МРР позволяют строить наиболее высоко производимые структуры. Узлами в таких структурах возникают системы СМП.