Распределенные МПС без общей памяти

Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах

В основе микропроцессорных систем лежат три основных принципа:

1. Параллельность – аппаратное и программное обеспечение системы должно позволять одновременное выполнение нескольких участков алгоритма для того, чтобы ускорить вычислительный процесс. NP-полные задачи, требующие перебора всех возможных вариантов. Решается за экспоненциальное время

2. Модульность и однородность структуры – в соответствии с этим принципом система должна состоять из типовых блоков и связей между ними

3. Программная изменяемость логической структуры – можно создать структуру и также программно ее изменить. Необходимы программируемые интерфейсы. Иногда используют ПЛИС.

Распределенная микропроцессорная система с общей памятью. Состоит из некоторого числа микропроцессорных модулей, каждый из которых представляет микропроцессорную подсистему со своей местной памятью и может осуществлять с любым другим модулем через общую память системы.

Каждая микропроцессорная подсистема получает с помощью схемы приоритетов, размещенной в распределителе памяти. Общая магистраль занята данной подсистемой до тех пор, пока она не закончит передачу данных. Все остальные отключены от общей шины, заняты операциями, которые не связаны с обменом через общую память.

Дополнительное преимущество – подсистема-адресат получает данные без участия подсистемы источника информации и передача данных осуществляется асинхронно, т.е. более независимо, чем в систем без общей памяти. При использовании небольшого количества МП распараллеливание отдельной задачи необязательно. В основной памяти размещается достаточное количество подпрограмм для обеспечения достаточной нагрузки всех МП для их работы в мультипрограммном режиме. Распараллеливание требуется, когда число МП больше десяти. Передача осуществляется по принципу «накопил-передал». Система позволяет уменьшить стоимость линий связи за счет сжатия «медленных» каналов передачи в один быстродействующий канал.

В функции приоритетного устройства управления входит: управление общим каналом связи, обеспечение взаимодействия других микроэвм по принципу «накопил-передал» и упорядочивание пользования общей памятью системы. Характеристики этой системы можно получить в аналитической форме.

Среднее число заявок пребывающей в системе B = l + R, l – среднее число заявок, находящихся в очереди, R – суммарная загрузка микропроцессорной системы.

Среднее время ожидания T = R^n*P / (u(n-1)!(n-r)^z), u – интенсивность обслуживания заявок одним МП, n – количество микроэвм или МП. R – суммарная загрузная n-канальной микропроцессорной системы, p – вероятность того, что в микропроцессорной системе нет ни одной заявки, то есть все МП простаивают.

Недостаток системы с общей памятью: в случае большой пространственной разделенности отдельных микроэвм системы, увеличивается время обращения к общей памяти

Распределенные МПС без общей памяти

Система с непосредственными связями. Состоит из нескольких подсистем, связанных общей шиной и также присутствуют приоритетные устройства управления системой.

УП – устройство прерывания

УВ/В – устройство ввода-вывода

ПУУС – приоритетное устройство управления системой

Данная система является асинхронной. Одно из основных преимуществ – обеспечение возможности свободного расширения системы. Характеристики для этой модели: при экспоненциальном распределении длительного обслуживания используется FIFO. Среднее время ожидания заявок в системе с i=1, 2, …, N. и загрузкой p_i T_i = (p_i / (1- p_i))* V_i.

Среднее время пребывания заявок в системе:U_i = (1 / (1- p_i))* V_i.

Среднее число заявок в очереди: l_i = p_i² / (1- p_i)

Среднее число заявок в МПС B_i=p_i / (1- p_i)

Основные недостатки распределенных МПС:

1. Нагрузка между отдельными подсистемами должна быть распределена предварительно во время проектирования системы и не может перераспределяться динамически.

2. Добавление задач и дополнительных микропроцессорных модулей может потребовать введения больших изменений системы

3. Отказ любого из модулей может привести к существенному снижению производительности системы или ее полному отказу, поскольку модули системы являются, как правило, специализированными.

Одна из центральных проблем – аппаратная реализация коммутатора процессор-память, ибо от этого устройства зависит быстродействие всей системы.

Иерархические МПС

В этих системах выделяется центральный процессор и несколько ведомых. Каждый модуль может иметь память, система имеет общую память, доступную для всех МП подсистем, устройство ввода-вывода с общим доступом в единую операционную систему, управляющую всеми аппаратными средствами системы. И обеспечивают взаимодействие между компонентами системами. Взаимодействие может быть жесткое(строгая иерархия), и нежесткое(динамическая, перестраиваемая иерархия)

В иерархических МПС память, используемая совместно всеми подсистемами представляет собой совокупность блоков, каждый из которых тесно связан с определенным МП.

Достоинства подобной системы:

Практически неограниченное расширение путем подключения к нижним этажам дополнительных модулей. Каждый отдельный микропроцессорный подмодуль имеет следующую структуру: (МСШ – модуль соединения шин, В/В – ввод-вывод, МУШ – модуль управления шиной)

Некоторые МП являются супервизорами, реализуют операционную систему, общую для всех микропроцессорных подсистем. С увеличением числа процессорных модулей, подсоединенных в одной шине, возникает вероятность конфликтных ситуаций, ухудшается использование каждого МП и снижается производительность системы, поскольку число активных модулей, присоединенных к одной шине ограничено, то сложные микропроцессорные системы такого типа удобнее всего реализовать в виде иерархической структуры.

Кольцевые МПС

Микропроцессорные модули, каждый из которых связан с двумя соседними. Используются как двунаправленный, так и однонаправленный поток.

Доступ к ресурсам получается посредством маркера, пакета, позволяющего начать передачу данных. Живучесть системы определяется надежностью отдельных МП-модулей. При росте сигналов падает общая скорость. Используется последовательная передача данных.

Поиск по сайту: