З предмету: «Методи паралельних обчислень».
Тема: «Симетричні мультипроцесорні системи».
Зміст.
Вступ.
1. Структурна організація SMP-систем
2. Системи з багатопортовою пам'яттю
3. Системи з центральним пристроєм керування.
4. Особливості операційних систем мультипроцесорних комплексів.
5. SMP-системи на базі великих обчислювальних машин.
6.Висновок.
Список використаної літератури.
Вступ.
До останнього часу практично всі персональні комп'ютери і робочі станції мали в своєму складі єдиний процесор загального призначення. Прагнення до зниження вартості мікропроцесорів і підвищення їхньої продуктивності спонукало виготовлювачів комп'ютерів усе ширше впроваджувати в практику системи, що ми віднесли до класу симетричних мультипроцесорних. Для цього класу характерні наступні відмітні ознаки.
Наявність двох або більше однакових або близьких за характеристиками процессорів.
Процесори мають доступ до загальної пам'яті, з якою вони з’єднані або через загальну системну магістраль, або через інший механізм забезпечення взаємодії, але в будь-якому випадку час доступу до ресурсів пам'яті з боку будь-якого процесора приблизно однаковий.
Процесори мають доступ до загальних засобів вводу-виводу або через один канал, або через роздільні канали.
Усі процесори здатні виконувати однаковий набір функцій (звідси і визначення симетрична система).
Весь комплекс керується загальною операційною системою, що забезпечує взаємодію між процесорами і програмами на рівні задач, файлів і елементів даних.
Перші чотири ознаки в цьому списку коментувати не потрібно. Що стосується п'ятої ознаки, то в ній виявляється найбільш важлива відмінність SMP-систем від кластерних систем, у яких взаємодія між компонентами здійснюється, як правило, на рівні окремих повідомлень або повних файлів. У SMP-системі можливий обмін інформацією між компонентами і на рівні окремих елементів даних і, таким чином, можна організувати більш тісну взаємодію між процесами. У SMP-системі розподіл процесів або потоків задач між окремими процесорами покладається на операційну систему.
Найбільш істотні переваги SMP-систем перед однопроцесорними полягають у наступному.
Підвищення продуктивності. Якщо-окремі задачі програми можуть виконуватися паралельно, система, що вміщує безліч процесорів, буде працювати швидше, ніж система з одним процесором того ж типу (рис. 2.1).
Надійність. Оскільки всі процесори в SMP-системі однотипні і можуть виконувати ті самі задачі, у випадку відмовлення одного з них заплановану для нього задачу можна передати іншому процесорові. Відповідно, вихід з ладу одного з процесорів не приведе до втрати працездатності всієї системи.
Можливість функціонального нарощування. Користувач може підвищити продуктивність системи, включивши до її складу додаткові процесори.
Виробництво однотипних систем різної продуктивності. Виробник комп'ютерів може запропонувати клієнтам гаму систем з однаковою архітектурою, але різною вартістю і продуктивністю, що будуть відрізнятись кількістю процесорів.
Потрібно відзначити, що всі ці переваги найчастіше є потенційними і далеко не завжди на практиці їхній вдається реалізувати.
Дуже привабливою для користувачів особливістю SMP-систем є її прозорість. Операційна система бере на себе всі турботи по розподілу задач між окремими процесорами і синхронізації їхньої роботи.
1 Структурна організація SMP-систем
На рис. 2.2 показана узагальнена блок-схема мультипроцесорної системи. У складі системи є два або більше процесори, кожний з яких має у своєму розпорядженні весь комплект необхідних вузлів – пристрій керування, АЛП, регістри і блок кешу. Кожен процесор має доступ до головної пам'яті системи і пристроїв вводу-виводу через певну підсистему взаємодії. Процесори можуть обмінюватися даними і повідомленнями через головну пам'ять (для цього в ній виділяється окрема область зв'язку). Крім того, у системі може підтримуватися і можливість безпосереднього обміну сигналами між окремими процесорами. Часто загальна пам'ять організована таким чином, що процесори можуть одночасно звертатися до її різних блоків. У деяких варіантах систем процесори мають у своєму розпорядженні блоки локальної пам'яті і власних каналів вводу-виводу крім ресурсів загального користування.
Варіанти структурної організації мультипроцесорних систем можна класифікувати в такий спосіб:
системи з загальною або розподіленою в часі магістраллю;
системи з багатопортовою пам'яттю;
системи з центральним пристроєм керування.
Системи з загальною магістраллю
Використання загальної магістралі в режимі поділу часу – це найпростіший спосіб організації спільної роботи процесорів у SMP-системі (рис. 2.3). Структура магістралі й інтерфейс практично ті ж, що й в однопроцесорній системі. У складі магістралі передбачаються лінії даних, адреси і керуючих сигналів. Для спрощення роботи механізму прямого доступу до пам'яті з боку модулів вводу-виводу приймаються наступні заходи:
Адресація організовується таким чином, що по коду адреси можна розрізняти модулі при визначенні джерел і приймачів даних.
Арбітраж. Будь-який модуль вводу-виводу може тимчасово стати керівником магістралі. Арбітр за допомогою деякого механізму пріоритетів забезпечує вирішення конфліктів з появою конкуруючих запитів на керування магістраллю.
Поділ часу. Коли один з модулів одержує право керування магістраллю, інші модулі блокуються і повинні, якщо в цьому є необхідність, призупинити виконання операцій і очікувати, поки їм буде наданий доступ до магістралі.
Ці функції, звичайні для однопроцесорних систем, можна без особливих змін використовувати й у мультипроцесорній системі. Основна відмінність полягає в тому, що в боротьбі за право доступу до блоку пам'яті беруть участь не тільки модулі вводу-виводу, але і процесори.
Магістральна структура зв'язків має кілька переваг у порівнянні з іншими підходами до реалізації підсистеми взаємодії.
Простота. Цей варіант – найпростіший, оскільки фізичний інтерфейс, схема адресації, механізм арбітражу і логіка поділу ресурсів чи магістру залишаються, власне кажучи, такими ж, як і в однопроцесорній системі.
Гнучкість. Систему з магістральною організацією зв'язків досить просто переконфігурувати, додавши до неї нові процесори.
Надійність. Магістраль є пасивним середовищем, і вихід з ладу будь-якого підключеного до неї пристрою не приводить до втрати працездатності системи в цілому.
Основний недолік системи з загальною магістраллю – обмежена продуктивність. Всі операції доступу
