Ь- 5

О 1 1 3 k 5 6 1

О 2 It 6 8 10 12 Hf

Рис. 8-22. Зависимость общей производительности системы от числа

процессоров

иы, необходимых одному процессору. Его численное значение зависит от циклов команд процессоров и времени обращения памяти.

Различают две структуры сильносвязанных систем: симметричную и асимметричную. В симметричной структуре все процессоры выполняют одну и ту же программу с различными данными. Когда в систему поступает запрос иа работу, управляющий элемент направляет его в любой свободный процессор. При отказе одного процессора нагрузка перераспределяется между другими процессорами. В асимметричной структуре каждый процессор выполняет различные задачи, а результаты используются другим процессором. Например, процессор ввода направляет данные в процессор с плавающей запятой, а тот передает результаты обработки в связной процессор. Таким образом, асимметричная структура характеризуется предопределенностью передач данных.

Независимо от способа реализации системы (сильно- или слабосвя-заииая) необходимо установить иерархию между процессорными элементами. Элемент может быть ведущим (М-элемент) или ведомым (S-элемент). М-элемеит самостоятельно инициирует выполнение задачи и передачи данных. Каждый М-элемент (если их несколько) программируется с расчетом на его автономность в терминах данного алгоритма. Действия 8-элементов зависят от приказов М-элемеита о выполнении какой-либо задачи. Передачи результатов также могут осуществляться под управлением М-элемеита.

M/S-системы довольно распространены, так как межпроцессорные связи проще реализовать, когда один М-элемент управляет несколькими S-элементами. М-элемент в M/S-системе иногда называют процессором распределения ресурсов, так как S-элементы начинают действия по приказам М-элемеита.

Восьмибитные микропроцессоры с фиксированной системой команд и длиной слова практически ие имеют средств организации мультипроцессорных систем (схем последовательной связи и сигналов запроса шииы). Поэтому для реализации мультипроцессорной системы необходимы значительные дополнительные аппаратные средства. Рассмотрим некоторые вопросы объединения в сильносвязанную систему микропроцессоров КР580.

Число объединяемых в систему микропроцессоров, обеспечивающее существенный прирост производительности, зависит в основном от чис-

Состояние t

CocmoMue2,

Состояние N,

Схема запросов записи и считывания

Схема приорате та

Схема управленш шиной памяти

атм1 It dtm1

DFMN RDYN

Рис. 8-23. Структура контроллера памяти

ла периодов синхронизации в одном машинном цикле. В микропроцессоре КР580 каждая команда требует от 1 до 5 машинных циклов щ»-должительностью 3-5 периодов синхронизации. В первом машинном цикле из памяти всегда считывается код операции, а в зависимости от функции команды могут потребоваться дополнительные обращения к памяти. Статистический анализ большого числа программ показал, что одно обращение к памяти приходится на 3,5 периода синхронизации. Поэтому, если время обращения к памяти не более одного периода синхронизации, она может обслужить параллельно три микропроцессора. Однако неизбежно несколько меньшее увеличение производительности, чем трехкратное, так как при одновременном обращении к памяти нескольких микропроцессоров разрешается обращение одному из них, а остальные должны ожидать.

Контроллер памяти, структура которого приведена на рис. 8-23, синхронизирует передачи данных между памятью и микропроцессорами. При наличии единственной шииы памяти обращения микропроцессоров к памяти должны подчиняться определенным правилам. Для каждого микропроцессора необходимы четыре управляющих сигнала, формируемых, когда микропроцессор выдает адрес иа шяиу адреса (мнемоника сигнала ATM - адрес в память), считывает данные с шины данных (мнемоника сигнала DFM - данные из памяти), выдает данные на шину данных (мнемоника сигнала DTM -данные в память) или когда необходимо приостановить обращение к шине, если память удовлетворяет запрос другого микропроцессора (мяемоиика сигнала RDY - готовность) .

Указанные управляющие сигналы формируются из сигналов состояний микропроцессоров (SYNC, MEMR, WO и др.) с учетом приоритетов микропроцессоров. Наиболее просто реализуются фиксированные приоритеты. Отметим, что контроллер памяти должен иметь достаточно высокое быстродействие.

Мультимашииные системы обрабатывают несколько входных потоков, в них нет единой операционной системы, а межмашинное взаимодействие осуществляется в основном на уровне данных. Однако в сложных ситуациях данные могут дополняться приказами на выполнение определенных действий. Одна из основных функций системы заключается в распределении различных задач для достижения максимальной производительности. В идеальном случае каждая ЭВМ системы выпожяет конкретную задачу я работает относительно независимо от других. Передачи данных между ЭВМ невелики по сравнению с общим потоком данных в системе. К настоящему времени разработано множество структур мультямашиниых систем, основные из которых рассматриваются ниже: •""

звм1]

\ЭВМ2

ЭВМ 5 *-А с-элемент

ЭВМ*

Рис. 8-24. Кольцевая структура

Рис. 8-25. Звездная структура

Кольцевая структура. Система с кольцевой структурой опирается иа быстродействующую однонаправленную линию (канал) связи, которая образует замкнутый тракт -кольцо или петлю. ЭВМ и общие периферийные устройства подключаются к линии с помощью аппаратных устройств, называемых кольцевым интерфейсом RI (рис. 8-24).

Взаимодействие между ЭВМ (узлами) системы осуществляется в виде сообщений, передаваемых по каналу. Сформированное узлом-передатчиком сообщение передается по каналу до тех пор, пока оно не~ достигнет адресованного узла-приемника или не возвратится в узел-передатчик. Сообщения из канала удаляет либо узел-передатчик, либо узел-приемиик. В первом случае узел-передатчик может сравнить исходное сообщение с сообщением, вернувшимся по каналу, и проконтролировать наличие ошибок. Узел-приемник сигнализирует о получении сообщения установкой определенного бита в этом сообщении. Во втором случае контроль ошибок выполняется узлом-приемником. Отметим, что во втором варианте нагрузка на канал связи уменьшается.

Сообщения передаются с разделением во времени в виде адресуемых блоков, называемых пакетами илн кадрами. Локальный кольцевой интерфейс формирует кадр, вводит адрес узла-приемника и передает кадр в канал связи. Интерфейсы остальных узлов принимают кадр, проверяют адрес приемника и либо сразу ретранслируют кадр в канал (адреса приемника и интерфейса не совпали), либо удаляют кадр из канала и направляют сообщение подключенной ЭВМ (кадр достиг приемника).

Кольцевая структура имеет следующие положительные качества: благодаря единственному каналу связи не возникает проблем маршрутизации сообщений; физическое размещение узла-приемника не играет роли, и упрощается передача сообщений для всех узлов; передачи по каналу осуществляются в цифровой форме с высокой скоростью, поэтому модемы и преобразователи данных не нужны.

Основной недостаток кольцевой структуры - требование очень высокой надежности канала, так как отказ канала приводит к выходу из строя фактически всей системы. Для увеличения надежности системы применяется тот или иной способ дублирования канала связи.

Звездная структура. В данной структуре одна ЭВМ образует центр (С-элемент), выполняющий в системе функции управления и соединен-