Способы организации внутренней памяти мультипроцессорных систем.

В мультипроцессорных системах существуют препятствия для достижения максимальной производительности. Это невозможность, в начальном моменте организовать обработку, т.е. обеспечить минимальность пересылок данных и минимальных простоев.

Задержки на передачу данных при решении задач.

Коммутаторы – электронные схемы, обеспечивающие оперативную коммутацию каналов передачи данных. Каждый коммутатор имеет большое количество входов и большое количество выходов.

 

Коммутатор

1 1

2 2

 

m k

 

 

И1 И2 Иr

 

Коммутатор имеет n,m различных входов. Из-за сложности схемы коммутаторы с полной ординарностью применяются при количестве входов/выходов не более 16. для обеспечения требуемых возможностей коммутации применяют каскадное включение.

При использовании сети связи конкретные процессоры могут связываться по принципу точка-точка только со своими соседями. Обращение к некоторому удаленному процессору осуществляется через цепочку промежуточных процессорных элементов.

Если используется сеть, то источник и адресат уже не соединяются непосредственной связью, как в системах с коммутатором. При работе с коммутатором имеем коммутацию каналов. Если сообщение передаваемому имеет большую длину, то оно разбивается на стандартные для данной сети пакеты.

 

Топология внутренних связей

Многопроцессорных систем.

Топология – абстрактная характеристика структуры вычислительной системы. Она учитывает свойства существования элементов структуры и их связанности. Топологию очень удобно моделировать с помощью графов. Для сети внутренних связей важной является такая характеристика топологии, которая называется – диаметр графа сети. Под диаметром графа d понимается число ребер в кротчайшем маршруте. Если диаметр графа равен d, то передача сообщений из узла сети в любой другой может быть выполнена не более чем через d-1 промежуточный минимум.

Можно считать, что диаметр графа в определенной степени характеризует время передачи сообщений в сети. Чем меньше диаметр графа в сети, тем лучше для передачи сообщений.

Отмети, что рассмотренные выше коммутаторы относятся к динамическим схемам коммутации, т.к. они обеспечивают установление прямых каналов между узлами и их гибкую реконфигурацию. Сети связи относятся к статическим схемам коммутации, т.к. обеспечивают связь только с соседними сигналами и используют пакеты, а не каналы.

Важным параметром является число соседних узлов связи в сети, с которыми установлено непосредственное соединение. Это зависит от размерности метрического пространства, в котором реализуются системы связи.

Существует одно-, двух, трёхмерные и гиперкубические группы сетей связи.

 

 

Сеть связи через общую шину.

 

Эта система связи узлов отличается простотой. Шина обеспечивает связь между всеми узлами в режиме разделения времени.

 

1 2 3 4

ОШ

 

 

В этом есть и достоинства: модульность. При наращивании элементов производительность системы ограничивается фиксируемой пропускной способностью общей шины. Процессоры конкурируют между собой.

Возникает задача распределения ресурсов по запросам от процессоров. Необходимо осуществить арбитраж.

 

Общая шина с арбитром.

В соответствии с приоритетами арбитр выбирает несколько вопросов от процессоров на доступ к шине и обеспечивает данному процессору монопольное владение шины.

Такая схема сочетает экономичность и логическую простоту. Для повышения пропускной способности внутренних связей используют набор из нескольких шин, параллельные не зависимо работающие шины имеют возможность одновременно обслужить несколько запросов в памяти.

 

Кольцевая структура.

Эффективность информационного обмена в цепочке можно повысить, если замкнуть цепочку в кольцо.

 

 

Общая шина с арбитром:

1 2 3 4

арб

 

 

В кольце передачи информации осуществляются от некоторого текущего процессора – предшественника к процессору – приемнику, и дальше к следующему процессору – приемнику до тех пор, пока сообщение не достигнет адресата. Как и в обычном кольце каждый процессор проверяет адрес сообщения. Если адрес соответствует текущему процессору, то сообщение читается целиком и передача прекращается. Если же адрес не соответствует, то текущий процессор посылает сообщение следующему приемнику. Данная структура отличается логической простотой и модульностью, то есть легко позволит наращивать количество узлов.

У каждого процессора имеется 2 процессора – приёмника. Если общее количество узлов N, то диаметр сети d=N/2.

Связи типа «звезда».

В этом случае информация передается по индивидуальным связям, которые существую между некоторыми центральными узлами и процессором:

 

 

 

В центральном узле помещается коммутатор, который осуществляет обмен между процессорами. Каждая передача требует прохождения по двум радиусам. Функционально эта структура соответствует общей шине коммутатора, но поскольку здесь используются индивидуальные траты, то пропускная способность в такой структуре лучше.