3.5Структуры мультипроцессорных и мультимашинных вычислительных комплексов
Зачем нужны такого рода ВК, если есть однопроцессорные ВК высокой производительности (например, третья типовая конфигурация)? Ответ очевидный – для еще большего повышения производительности.
Дело в том, что производительность однопроцессорных ВК со временем растет, но не очень быстро. Здесь два пути повышения: 1) уменьшение времени переключения электронных элементов за счет совершенствования технологии их производства, применение новых материалов и т.п., т.е. за счет увеличения быстродействия элементов и уменьшения длины электроцепей, по которым распространяются электрические сигналы (скорость распространения постоянна 30см/нс); 2) за счет организации устройств, обеспечивающей увеличения их быстродействия, (например, организации ЦП).
Пример: за 25 лет с 1950г. по 1975г. быстродействие электронных элементов увеличилось в 1000 раз, а быстродействие процессоров – в 10000 раз. Дополнительное увеличение в 10 раз было достигнуто за счет их внутренней организации, в частности, за счет использования методов параллелизма вместо последовательной обработки.
Применение же многомашинных и мультипроцессорных ВК – путь практически неограниченного повышения производительности ВК за счет распараллеливания вычислительных процессов. Здесь два пути: 1) параллельное программирование, которое позволяет производить одновременное выполнение различных ветвей одной программы (на различных процессорах) – в результате время выполнения программы уменьшается, производительность – растет; 2) параллельное одновременное выполнение нескольких (разных) программ – режим истинного мультипрограммирования, а не "квази", как в однопроцессорных ВК. В результате – неограниченный рост производительности – пропорционально количеству процессоров N.
3.5.1Многомашинные вычислительные комплексы
Многомашинный ВК – слабосвязанная ВС, в процессе работы которой связь между машинами комплекса осуществляется обычно только на информационном уровне – уровне обмена данными. Это означает, что каждая машина
ВК достаточно автономна – работает под управлением собственной (автономной) ОС. Взаимодействие с другими машинами ВК сводится к обмену данными между ними: одна машина использует другую как источник информации, т.е. как ПУ ( Увв/выв).
Если машины одинаковые (однотипные), то комплекс называется однородным, если разнотипные – неоднородным. Типичный пример однородной структуры – многомашинный комплекс на базе ЭВМ IBM 370 (ЕС ЭВМ). Такой комплекс может содержать две и более ЭВМ. Каждая машина комплекса работает под управлением собственной ОС, имеет свою ООП, КВВ и ПУ. Объединение машин в комплекс осуществляется при помощи специальных средств комплексирования. На рисунке 3.12 в качестве примера приведена структура двухмашинного ВК.
Здесь комплексирование осуществляется при помощи следующих средств: ИПУ, АКК, двухканальный переключатель, РКПУ.
Комплексирование на уровне процессоров осуществляется через интерфейс прямого управления ИПУ. На этом уровне осуществляется синхронизация вычислительных процессов путем передачи между процессорами сигналов внешних прерываний и команд прямого управления. БУК – блок управления комплексом, подключаемый к ИПУ, используется для управления ВК, в частности, для задания режима работы: 1) режим параллельной обработки с межмашинным обменом информации; 2) дуплексный режим (обе машины выполняют одну и ту же работу – для повышения надежности); 3) автономная работа машин (или одной машины – пока другая в ремонте).
Межмашинная связь на уровне общих ПУ обеспечивается через разделенные блоки управления РКПУ этих устройств, которые снабжены переключателями на 2 направления – обеспечивают не очень высокую пропускную способность. Комплексирование через двухканальный переключатель обеспечивает высокую пропускную способность и используется для комплексирования общего поля на основе НМД, НМЛ. Комплексирование на основе АКК – обеспечивает обмен информации ОП-1 и ОП-2, если общее поле ОП не организовано другими средствами. Организация общего поля ОП обеспечивается применением многовходовых (многопортовых) модулей памяти (ОЗУ). Основные проблемы здесь: сложная схема управления общей ОП – разрешение конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении к одному модулю памяти двух процессоров (или КВВ).
При построении конкретных ВК на базе ЕС ЭВМ не обязательно используются все уровни комплексирования.