Основные понятия о микропроцессорных информационно-управляющих системах, страница 2

Интерес к созданию управляющих и вычислительных систем, получаемых соединением в сложную структуру большого числа микропроцессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода информации, т.е. к мультимикропроцессорным ИУС обусловлен:

1) необходимостью создания высокопроизводительных МИУС с эквивалентным быстродействием в десятки и сотни млн. операций в секунду, например для анализа и прогнозирования погоды, распознавания образцов, систем автоматического проектирования, решения задач обработки сигналов и сопровождения целей в военной технике и т.п.;

2) требованием обеспечения живучести МИУС, работающих в режиме реального времени, т.е. необходимостью создания МИУС, способных продолжить работу при выходе из строя отдельных устройств;

3) территориальной удаленностью на десятки, сотни и тысячи метров элементов систем управления и сбора информации, включающих вычислительные средства;

4) необходимостью в большинстве случаев коммутации вычислительной мощности, ее динамическим перераспределение в зависимости от динамики решаемых задач;

5) необходимостью адаптации МИУС к внешним условиям, а не наоборот;

6) требованием достижения гибкости вычислительных средств, т.е. возможности изменения конфигурации, расширяемости и модульности структуры;

7) потребностью в повышении производительности самих микропроцессоров, поскольку они не могут конкурировать с суперЭВМ;

8) низкой стоимостью элементной базы (БИС МП наборов, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, УВВ), обладающей достаточно большими вычислительными возможностями.

Успех широкого применения мультимикропроцессорных ИУС связан с разработкой требуемой архитектуры (структурной организации) и системного программного обеспечения; с созданием параллельных алгоритмов решения задачи и соответствующего прикладного программного обеспечения.

Понятия параллельности, модульности, живучести, программной изменяемости (реконфигурации), структурной, функциональной и конструктивной однородности

Архитектура мМП ИУВС в первую очередь должна удовлетворять трем основным свойствам:

1) параллельности;

2) однородности (модульности);

3) программной изменяемости (реконфигурации) структуры.

Параллельность структуры означает, что мМП ИУВС в целях повышения производительности должна обеспечивать одновременное параллельное решение большого числа частей общей программы.

В соответствии со свойством однородности структуры и в целях обеспечения ее реконфигурации, ремонтопригодности, унификации мМП ИУВС должна строиться из набора идентичных базовых модулей, идентичным образом соединенных между собой.

Программная изменяемость структуры позволяет, задав программным способом структуру, организовать из отдельных модулей системы, наиболее соответствующие требуемым вычислительным алгоритмам и требованиям живучести.

Основные структуры мультимикропроцессорных систем: с общим и местными запоминающими устройствами, радиальная, шинная, кольцевая, с соединением по полному графу, с пирамидальной иерархической архитектурой, с регулярным объединением через коммутаторы, память и дельта сеть

Перечисленным свойствам в различной степени отвечают известные и применяемые структуры мультимикропроцессорных ИУВС:

1) c общим ЗУ

2) с местным ЗУ

3) с соединением модулей по полному графу

4) реальная (звезда)

5) шинная

6) кольцевая

7) с пирамидальной иерархической архитектурой

8) с регулярным объединением через коммутаторы

9) с регулярным объединением через память

Примеры структур МИУС не равнозначны и характеризуются конкретными достоинствами и недостатками. Наличие свойства у структуры отмечено "+", а его отсутствие "-".

Таблица 1

Из таблицы видно, что всем трем свойствам удовлетворяют матричные структуры (3,8,9).

Из-за большой сложности матричных структур и, как правило, территориальной удаленности элементов системы управления в настоящее время широко распространены МИУС распределенного типа, к которым можно отнести варианты систем с архитектурой 1,2,4-7, которые включают в себя в общем случае множества микропроцессоров МП, модулей ввода-вывода информации УВВ.

Связи между модулями мультимикропроцессорной ИУС распределенного типа обычно реализуются через общую магистраль; общую память, организованную по принципу "почтового ящика"; многопортовую память; с помощью матричных переключателей или через дельта-сеть.