Многопроцессорные вычислительные комплексы (МПВК).

Это обычно комплекс, включающий в себя как минимум 2 или более процессоров, имеющих общую ОП, периферию, и работающих под управлением единой ОС.

Аппаратные средства должны обеспечивать работу с переменными логическими адресами ОЗУ, переменными адресами периферии, защиту памяти от взаимного влияния различных программ, возможность запуска одним процессором других процессоров. Организация вычислительного процесса должна решать следующие задачи:

1. распределение ресурсов
2. распределение заданий между процессорами
3. оптимизация с учетом загрузки всех процессоров.

Существует 2 проблемы, которые усложняют решение задачи – увеличение числа процессоров: сложная организация между устройствами, сложная организация ОС в подобных комплексах. Несмотря на трудности создания, эти системы получили широкое распространение, так как обладают достоинствами:

1. высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности реконфигурации
2. высокая производительность за счет возможности гибкой организации параллельной обработки информации
3. высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента применения оборудования.

Типы структурной организации МПВК.

Существуют 3 типа структурной организации МПВК.

С общей шиной или шиной разделенной во времени.

С перекрестной коммутацией.

С многовходовыми ОЗУ.

Подобными МПВК принято называть классическими или истинными.

 

Интерфейс является односвязным. Обмен информацией происходит только между 2 устройствами. Если потребность в обмене существует у более, чем 2 устройств, то возникает конфликт, который решается с помощью приоритетов, которые затем превращаются в очереди. Обычно функции судьи выполняет активный процессор или специальное устройство, которое регистрирует все обращения к шине и распределяет их во времени. Достоинства: простота изменения, добавления, изъятия отдельных устройств; доступность модулей ОЗУ для всех устройств комплекса. Недостатки: невысокое быстродействие, низкая надежность системы, которая компенсируется ведением резервной шины.

Полностью лишены недостатков МПВК с перекрестной коммутацией.

 

Основная идея структурной организации заключается в том, что все связи между устройствами осуществляются с помощью специального устройства – коммутационная матрица. Эта матрица позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причем таких пар может быть сколько угодно, и связи не зависят друг от друга. Обычно в коммутационной матрицы нет конфликтов из-за связи, а только из-за ресурсов. Возможность одновременной связи нескольких устройств позволяет добиваться высокой производительности. Достоинства: простота и унифицированность интерфейсов всех устройств, возможность разрешения конфликтов в коммутационной матрице, нарушение связи приводит к отключению устройства, а не комплекса. Недостатки: сложность наращивания вычислительного комплекса, если не предусмотрены дополнительные входы; при большом числе устройств в вычислительном комплексе матрица становится очень сложной, громоздкой и дорогой. Чтобы упростить и удешевить вычислительный комплекс, осуществляется внедрение 2 и более коммутационных матриц. Первая обычно для центральных устройств, вторая для периферии.

МПВК с многовходовыми ОЗУ.

Выделение памяти каждому процессору, позволяет хранить информацию, необходимую только этому процессору. Это позволяет избежать часть конфликтов. Недостатки: в случае выхода из строя процессора, доступ к его памяти становится затруднительным. Именно этот способ нашел наиболее применение при построении Эльбруса.