Типовые струкуры многопроцессорных систем

Многопроцессорная система (МПС) – система, в которой команды на шине могут быть восприняты более чем от одного микропроцессора. Шиной управляют поочередно много процессоров.

Многопроцессорная система содержит несколько процессоров, рабо­тающих с общей оперативной памятью (общее поле оперативной памяти), и управляется одной общей опера­ционной системой (рис. 16). Часто в микропроцес­сорной системе организуется общее поле внешних запоми­нающих устройств (ВЗУ).

Рис. 16. Структура одно­уровневой многопроцессор­ной системы

Под общим полем пони­мается равнодоступность уст­ройств. Общее поле памяти означает, что все модули опера­тивной памяти доступны всем процессорам и периферийным устройствам (ВЗУ, УВВ), общее поле ВЗУ означает, что обра­зующие его устройства доступ­ны любому процессору и каналу.

Появление многопроцессорных систем обусловлено ря­дом причин. Главная из них – стремление к дальнейшему повышению производительности вычислительных средств. Из-за недостаточной мощности микропроцессора во мно­гих практических задачах (например, спектрального и кор­реляционного анализа), требующих необходимой обработки данных в реальном масштабе времени, выполнять на одном микропроцессоре необходимую работу неэффективно или да­же невозможно, и тогда с микропроцессором исполь­зуют другие средства вычислительной системы. При этом несколько микропроцессоров осуществляют параллельную (одновременную) обработку данных. Такое распараллелива­ние вычислений на нескольких процессорах существенно уменьшает время решения задач.

Кроме того, появление многопроцессорных систем вызвано необходимостью прибли­жения вычислительных средств к территориально распре­деленным источникам и приемникам информации управ­ляемых объектов и процессов. Такой путь снижает стоимость, повышает надежность и производительность указанных систем.

Наконец, еще одной причиной появ­ления многопроцессорных систем является противоречие между низкой стоимостью микропроцессора и высокой стоимостью различных накопителей информации (на магнит­ном диске, магнитной ленте и т. д.), устройств ввода-вывода, средств отображения информации (дисплеев) и т. д. Данное противоречие можно разрешить, если много микро­процессоров совместно используют дорогостоящее перифе­рийное оборудование.

Многопроцессорные системы представляют собой основ­ной путь построения вычислительных систем сверхвысо­кой производительности. При создании таких систем возни­кает много сложных проблем, к которым в первую очередь следует отнести: распараллеливание вычислитель­ного процесса (программ) для эффективной загрузки про­цессоров системы, преодоление конфликтов при попытках нескольких процессоров использовать один и тот же ресурс системы (например, некоторый модуль памяти), уменьшение влияния конфликтов на производительность системы, осу­ществление быстродействующих экономичных по аппара­турным затратам межмодульных связей.

Многопроцессорные системы могут быть однородными и неоднородными.

Однородные многопроцессорные системы – системы, содержащие однотипные процессоры.

Неоднородные многопроцессорные системы состоят из различных специализи­рованных процессоров, реализующих, например, функции операционной системы, процессоров для матричных задач.

Многопроцессорные системы могут иметь одноуровневую или иерархическую (многоуровневую) структуру. В первом случае процессоры системы образуют один общий уровень обработки данных (рис. 16), во втором система обычно содержит один главный и один или несколько подчиненных (вспомогательных) процессоров.

Подчиненный микропроцессор – микропроцессор, который находится под управлением главного микропроцессора компьютера.

Вспомогательные процессоры используются для выполнения различных уровней обработки информации. Обычно менее мощный вспомогательный процессор выполняет ввод ин­формации с различных терми­налов и ее предварительную обработку.