Разработка и исследование дискретной системы автоматического регулирования, страница 10

Одна из трудностей организации симметричной ра­боты системы состоит в возникновении конфликтов при доступе к системным программам и наборам данных, поскольку в каждый момент времени в супервизорном состоянии может находиться несколько МПМ. Частая блокировка системных программ снижает эффектив­ность ММПС из-за существенных временных задержек в работе МПМ. Поэтому весьма важным является обес­печение связей между модулями. Межмодульные связи МПМ обеспечиваются комбинацией аппаратных и про­граммных средств. Межмодульная (системная) связь в пределах ММПС организуется через адаптеры ма­гистралей. К адаптерам магистралей для организации вычислительного процесса в системе предъявляются следующие требования: ограничение времени обмена между двумя МПМ системы (оно не должно превышать утроенного времени внутримодульного обмена, если все модули однотипны); обеспечение расширения ад­ресного пространства внутреннего интерфейса; обеспе­чение защиты от несанкционированного обмена из МПМ в магистраль системы; доступность извне всех ресурсов МПМ; программно-устанавливаемая возмож­ность приема прерываний от устройств на магистрали системы; возможность прямого управления МПМ из магистрали системы; наличие электрической развязки по питанию схем МПМ и магистрали системы, исклю­чающей взаимное влияние при отказе по питанию; воз­можность преобразования уровней сигналов при пе­реходе из одной магистрали в другую .

Системы с адаптерами магистралей называются системами с прямой связью. Эффективность их исполь­зования определяется режимом работы, особенностью и структурой адаптеров магистралей. Рассмотрим ММПС,

состоящую из четырех МПМ, связанных между собой адаптерами (А), согласующими интерфейс ввода-вывода конкретного МПМ с общим для всей системы промежуточным интерфейсом.

Каждый адаптер, включенный в МПМ, обеспечи­вает синхронную параллельную передачу информации через межмодульный интерфейс к МПМ-абоненту. Генерация заявок на обмен в рассматриваемой системе осуществляется по закону Пуассона. Если при обращении МПМ – инициатора к занятому адаптеру (буферу) он получает отказ, то повторный запрос производится по истечении определенного времени. Передача информации между МПМ

осуществляется фиксированным блоком по 4 Кбайт со скоростью работы селекторного канала МПМ-инициатора в буфер принимающего адаптера с последующей считыванием из буфера по прерыванию. Существенным недостатком систем с адаптером канал – канал является значительные аппаратурные затраты и сложность наращивания ММПС.

Возможность программирования связей между МПМ системы позволяет настраивать МПМС на алгоритм решаемой задачи и обеспечивать равномерную загрузку МПМ, что повышает эффективность и быстродействие системы.

При использовании в ММПС с перепрограммируемой архитектурой обычных МПМ, в которых программируется алгоритм вычисления, возникают определённые трудности при согласовании работы модулей между собой и трансляции команд с языков  высокого уровня на машинный  язык.

Важной проблемой при синтезе МПС с программируемой архитектурой являются вопросы организации памяти. Для них предпочтительно локальная ОП, позволяющая образовать прямые каналы связи между отдельными МПМ.

Основные перспективные проекты  высокопроизводительных  ММПС

Высокопроизводительные ММПС (или суперЭВМ) были ориентированы, главным образом, на выполнение больших объемов вычислений с плавающей запятой. Для достижения высокой производительности, существенной для данной области приложений, в суперЭВМ использовалась комбинация быстрых схем и усовершенствования в методах организации архитектуры. Эти усовершенствования вывели производительность машины за те пределы, которые можно было обеспечить только за счет быстродействия схем.

ЭВМ IBM 7030, известная под названием STRETCH, была в 100 раз быстрее, чем более старая IBM 704. Для достижения столь смелой цели был введен ряд архитектурных усовершенствований. Отдельное устройство обработки команд позволяло одновременно обрабатывать до шести команд. Чтобы сгладить различие меж

ду длительностью такта ЦП и относительно большим временем доступа к основной памяти, было использовано несколько методов, включая опережающую выборку данных и метод «закорачивания» для предотвращения множественного доступа к одной и той же ячейке памяти.

В ЭВМ CDC 6660 используется много функциональных устройств и схема резервирования, названная «счетной платой». Эта плата поддерживает динамическую информацию о регистрах, функциональных устройствах и шинах. Способность выполнения команд в порядке, отличном от порядка, предписанного программой, ведет к параллельной обработке независимых команд и увеличивает степень параллелизма при работе машины.

В ЭВМ IBM 360/91 реализована двухуровневая иерархия конвейеров. Центральный процессор подразделяется на три устройства, которые могут работать параллельно. Они образуют конвейеризацию первого уровня. Два устройства – устройство выдачи команд и устройство вычислений с плавающей точкой – сами являются конвейерными. Третье устройство предназначено для вычислений с фиксированной запятой и имеет только одну ступень. Система тегов и аппаратные средства для их сравнения (или общая шина данных) позволяют выдать некоторую команду, даже если ее регистр результата является регистром результата частично выполненной команды.

Одна из первых высокопроизводительных ММПС, созданная фирмой CRAY RESEARCH, – скалярно-векторная супер-ЭВМ CRAY-1  имеет регистровую   архитектуру   (Р-архитектуру).   В   такой   архитектуре функциональные устройства получают операнды только из регистров.

Другими примерами регистровой архитектуры являются архитектуры супер-ЭВМ СDС-6000 а также CRAY X-MP, CRAY-2 и скалярное устройство ЭВМ CDC CYBER205.

Максимальная производительность, например, супер-ЭВМ CRAY X-MP составляет 100 Мфлопс, а суммарная - 28-41 Мфлопс, так как от 70% до 85% общего времени вычислений затрачивается на вычисление скалярных величин.

В качестве иллюстрации применения приведенных в подразделе 5.1 архитектур современных ММПС рассмотрим наиболее перспективные разработки основных классов высокопроизводительных ММПС: скалярную векторную, матричную и ММПС типа гиперкуб.