Назначение ПИ - Авдеев В.А. и др., 2001

Главная

Новости

Библиотека

Исследования

Законодательство

Консалтинг

Бизнес-форумы

Контакты

Библиотека

13.1. Назначение ПИ

Для решения научно-технических задач, допускающих распараллеливание вычислений, или (и) для выполнения работ нескольких пользователей (режима коллективного обслуживания) наиболее употребительны многопроцессорные системы (МС).

Большинство известных МС используют общую шину расширения (временной интерфейс, в котором в каждый момент времени взаимодействуют задатчик и исполнитель) для связи процессоров между собой, ограничивающую скорость передачи данных в системе. Попытки увеличить разрядность общей шины или использовать несколько шин не решают проблему транспортировки данных.

С увеличением быстродействия, степени интеграции, разрядности и числа процессоров эта проблема становится важной и актуальной.

Существует мнение, что связанные системы по типу “каждый с каждым” не пригодны в связи с увеличением числа линий пропорциональным квадрату числа процессоров. Поэтому с целью уменьшения числа линий предлагается иерархическая система связей, однако не решающая задачу полнодоступного и быстрого сопряжения процессоров.

С развитием соответствующей элементной базы и степени ее интеграции возможно построение экономных пространственных интерфейсов ввода-вывода (ПИ), допускающих одновременную многократную и произвольную передачу данных между процессорами (несколькими задатчиками и исполнителями).

Последовательные (параллельные) ПИ могут быть реализованы на базе коммутационных устройств (КУ) различных типов.

При решении сложных научно-технических задач на многопроцессорных системах (решение задач матфизики, моделирование динамических процессов, оптимального управления и т.д.) список соединения процессоров известен заранее (режим разовой коммутации).

В режиме коллективного обслуживания абонентов соединения между ресурсами системы возникают и распадаются произвольно во времени, как это происходит между телефонными абонентами.

Такой режим взаимодействия абонентов соответствует одиночной (случайной) коммутации. Одиночная и разовая коммутация требуют различных подходов в организации управления работой КУ. В первом случае каждый абонент (ресурс системы) выполняет доступ к КУ с целью осуществления желаемого соединения. Во втором случае известный список поступает в КУ со стороны системного (центрального) процессора, а ресурсы системы (процессоры, оперативная память) подключены к КУ и не участвуют в реализации соединений. Таким образом, универсальное КУ должно обеспечивать режимы разовой и одиночной коммутации.

Как уже отмечалось, шина расширения (магистральный системный интерфейс) представляет собой временной распределенный по ресурсам системы коммутатор, предназначенный для передачи адреса, данных и сигналов управления, в котором в каждый момент времени работает один задатчик и один исполнитель.

В пространственном интерфейсе, построенном на базе пространственного коммутатора, наиболее просто реализовать пространственную многошинную архитектуру для передачи данных и сигналов управления (квитирования).

Пространственный интерфейс позволяет использовать несколько задатчиков (передатчиков информации) и несколько исполнителей (приемников информации) для их одновременной работы. В большинстве случаев применения пространственного интерфейса нет необходимости для передачи адреса от задатчика к исполнителю, так как этот адрес используется для установления соединения в пространственном коммутаторе между соответствующими задатчиком и исполнителем.

Пространственный интерфейс ввода-вывода, кроме того, может быть применен как для построения многопроцессорного сервера, так и локальной сети. В обычной локальной сети, состоящей из сервера и рабочих станций, память одной рабочей станции недоступна другой, кроме того, возникает проблема разрешения конфликтного доступа. Локальная сеть с пространственным интерфейсом ввода-вывода устраняет указанные недостатки и может использовать функции обычной локальной сети (территориальное удаление рабочих станций, наличие собственной операционной системы для каждой рабочей станции, передача кадра заданного формата), или функции многопроцессорной системы (наличие общей операционной системы, передача адреса и данных и т.д.). Недостатком локальной сети с пространственным интерфейсом ввода-вывода является относительная сложность коммутационного оборудования, поэтому область ее применения - это та, где требуется высокая производительность и живучесть сети. Известная локальная сеть (ЛС) представляет собой множество различных абонентных ЭВМ, связанных между собой с помощью единого временного сетевого интерфейса, называемого моноканалом. Пропускная способность моноканала до 10-20 Мбит/с. Моноканал содержит коаксиальный (оптико-волоконный) кабель или свитую пару проводников. Наличие одного моноканала снижает производительность ЛС, так как сеанс связи выполняется только между двумя абонентами в текущий момент времени. Кроме того, в таких ЛС обнаружение конфликтной ситуации на линии связи осуществляется программно-аппаратным способом, что также снижает производительность ЛС.

Рассматриваемый в этом разделе сетевой пространственный интерфейс ввода-вывода (устройство сопряжения связных контроллеров с программируемой коммутацией и последовательной одновременной передачей данных) свободен от указанных недостатков известных ЛС.

Взаимодействие связных контроллеров с помощью пространственного интерфейса ввода-вывода напоминает последовательность действий между телефонными абонементами автоматической телефонной станции (АТС). При снятии телефонной трубки в АТС поступает сигнал “Вызов”. Если АТС готово получить информацию, то оно выдает сигнал “Ответ станции”. После этого абонент, используя номеронабиратель, передает номер (адрес) вызываемого абонента, который может быть занят или свободен. Если вызываемый абонент свободен, то между абонентами устанавливается передача данных (разговорное состояние) до тех пор, пока один из абонентов не положит трубку. Аналогичным образом выполняется взаимодействие между связными контроллерами и КУ: запрос КУ, получение разрешения, передача адреса вызываемого связного контроллера, анализ его состояния и передача данных, если он свободен. Причем, при передаче информации между связными контроллерами можно использовать обычный формат кадра данных, применяемый в ЛС.

Для произвольного и полнодоступного сопряжения множества шин расширения компьютеров наиболее употребительными являются последовательные пространственные интерфейсы, позволяющие существенно упростить сложность коммутационного оборудования.

Оглавление

13. Пространственные интерфейсы ввода-вывода

13.1. Назначение ПИ