Жүнісов Қ компьютерлік жүйелерді және желілерді ұйымдастыру студенттерге арналған оқу-әдістемелік кешен

Есептеу техникасы өзінің дамуында компьютерлердің жылдамдығын арттыру жолында физикалық шектеулерге жақындады. Электрондық тізбектердің ауысу уақыты наносекундтың фракцияларына жетті, ал машинаның элементтері мен қондырғыларын байланыстыратын сызықтарда сигналдардың таралу жылдамдығы 30 см / нс (жарық жылдамдығы) шектелген. Сондықтан электронды схемалардың ауысу уақытын одан әрі қысқарту компьютердің өнімділігін айтарлықтай арттыра алмайды. Осы жағдайларда компьютерлердің жылдамдығын одан әрі арттыру үшін практика талаптары (күрделі физикалық-техникалық есептеулер, көпөлшемді экономикалық-математикалық модельдер және басқа есептер) тек параллелизм принципін ақпаратты өңдеу құрылғыларының өздеріне тарату және мульти -машина және мультипроцессорлы (мультипроцессорлы) есептеу жүйелері.

Қазіргі уақытта әр түрлі ACS және APCS құрамында жұмыс істейтін есептеу жүйелерінің жоғары сенімділігі мен қол жетімділігін қамтамасыз ету проблемасы, әсіресе нақты уақыт режимінде жұмыс істеген кезде өте маңызды болды. Бұл мәселе резервтеу принципін қолдану негізінде шешіледі, ол сонымен қатар көп машиналы немесе көп процессорлы жүйелерді (кешендерді) құруға бағытталған. Арзан және шағын өлшемді микропроцессорлар мен микрокомпьютерлердің пайда болуы құрылысты жеңілдетіп, әр түрлі мақсаттарға арналған көппроцессорлы және көп машиналы ұшақтарды қолдану аясын кеңейтті.

Көп машиналы ұшақ (MMC) бірнеше компьютерлерден тұрады, олардың әрқайсысында өзінің операциялық жүйесі бар және өзінің операциялық жүйесінде жұмыс істейді, сонымен қатар машиналар арасында ақпарат алмасу құралдары бар. Ақпарат алмасуды жүзеге асыру, сайып келгенде, машиналардың операциялық жүйелерінің бір-бірімен өзара әрекеттесуі арқылы жүзеге асады. Бұл машинадан-машинамен мәліметтер алмасу процестерінің динамикалық сипаттамаларын нашарлатады. Мультикомпьютерлік жүйелерді қолдану есептеу жүйелерінің сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Егер бір машина істен шықса, мәліметтерді өңдеуді кешендегі басқа машина жалғастыра алады. Алайда, кешеннің жабдықтары осы мақсатта жеткілікті түрде тиімді пайдаланылмай отырғанын атап өтуге болады.

Мультипроцессорлық жүйелерде (MPS) мұндай кемшіліктер жоқ. Мұндай жүйелерде (сурет 1, б) процессорлар есептеу жүйесінің қарапайым агрегаттарының мәртебесін алады, олар басқа агрегаттар сияқты, мысалы, жад модульдері, арналар, перифериялық құрылғылар жүйеге қажетті мөлшерде енеді.

Есептеу жүйесі мультипроцессорлы деп аталады, егер оның құрамында жалпы оперативті жадымен жұмыс жасайтын бірнеше процессор болса (жедел жадының жалпы өрісі) және бір жалпы операциялық жүйемен басқарылса. Сыртқы жадының кең өрісі MPS-те жиі ұйымдастырылады.

Мультипроцессорлық жүйелер - өте жоғары өнімділігі бар ұшақтарды құрудың негізгі әдісі. Осындай ұшақтарды жасау кезінде көптеген күрделі мәселелер туындайды, олар, ең алдымен, жүйелік процессорларды тиімді жүктеуге арналған есептеу процесінің (бағдарламаларының) параллелизациясын, бірнеше процессорлар бір жүйелік ресурстарды пайдалануға тырысқанда қақтығыстарды жеңуді қамтуы керек (мысалы, кейбір жады модулі), және қақтығыстардың жүйенің жұмысына әсері, жоғары жылдамдықты, экономикалық тиімді модульаралық байланыстарды жүзеге асыру. Бұл мәселелер MPS құрылымын таңдау кезінде ескерілуі керек.

Мультипроцессорлық және жүйенің басқа құрылғыларын құрудың модульдік принципі негізінде ақауларға төзімді жүйелерді немесе басқаша айтқанда, өміршеңдігі жоғарылаған жүйелерді құруға болады.

Алайда көп компьютерлік жүйелерді олардың стандартты операциялық жүйелерімен коммерциялық қол жетімді компьютерлерден құру MPS құрылғысынан гөрі әлдеқайда жеңіл, бұл жалпы жад өрісін іске асырудан туындайтын белгілі бір қиындықтарды жеңуді, ең бастысы, арнайы жұмыс күшін дамытуды қажет етеді операциялық жүйе.

Көп машиналы және көп процессорлы жүйелер біртекті немесе гетерогенді болуы мүмкін. Біртекті жүйелерде бірдей типтегі компьютерлер немесе процессорлар бар. Гетерогенді ММС әр түрлі типтегі компьютерлерден тұрады, ал гетерогенді МПС әртүрлі мамандандырылған процессорларды қолданады, мысалы, өзгермелі нүктелік амалдар үшін, ондық сандарды өңдеуге арналған процессорлар, операциялық жүйенің функцияларын жүзеге асыратын процессор, матрицалық тапсырмалар үшін процессор және т.б.

Мультипроцессорлық жүйелер мен ММС бір деңгейлі немесе иерархиялық (көп деңгейлі) құрылымға ие бола алады. Әдетте қуаты аз машина (спутниктік машина) әр түрлі терминалдардан ақпаратты енгізуді және оны алдын-ала өңдеуді қабылдайды, негізгі, қуатты компьютерді осы салыстырмалы қарапайым процедуралардан түсіріп алады, бұл кешеннің жалпы өнімділігін (өткізу қабілетін) арттырады. Шағын немесе микро компьютерлер спутниктік машиналар ретінде қолданылады.

Қарастырылатын ұшақтың маңызды құрылымдық ерекшелігі - жүйенің құрылғылары (модульдері) арасындағы байланыстарды ұйымдастыру тәсілі. Бұл модульдер арасындағы ақпарат алмасу жылдамдығына, демек, жүйенің өнімділігіне, оның келіп түсетін сұраныстарға жауап беру жылдамдығына, конфигурацияның өзгеруіне бейімделуіне, сайып келгенде, модуль аралықты іске асыруға арналған аппараттық шығындардың мөлшеріне тікелей әсер етеді. байланыс. Атап айтқанда, процессорлар бірдей ресурстарға қол жеткізген кездегі қақтығыстардың жиілігі (ең алдымен жад модульдері) және қақтығыстар салдарынан өнімділіктің жоғалуы модуль аралық байланыстарды ұйымдастыруға байланысты.

Модуль аралық (құрылғылар аралық) байланыстарды ұйымдастырудың келесі әдістері қолданылады:

- модульдер арасындағы тұрақты байланыс;

- компьютерлік интерфейстер иерархиясына сәйкес келетін көп деңгейлі сілтемелер;

- көп кірісті модульдер (атап айтқанда, жад модульдері);

- модуль аралық байланыс қосқышы (2-сурет);

- қарапайым автобус (3-сурет).

MPS және MMC ұйымдастыру принциптері олардың мақсатына байланысты айтарлықтай ерекшеленеді. Сондықтан мыналарды ажыратқан жөн:

- әуе кемесі, ең алдымен, өте жоғары өнімділікке қол жеткізуге бағытталған;

- Әуе кемесі ең алдымен сенімділік пен тіршілік ету қабілетін арттыруға бағытталған.

2 сурет - модуль аралық байланыс қосқышы