так как стало ясным, что основные трудности создания МПВК остались и при увеличении числа процессоров только возрастают. Поэтому дальнейшего развития ВК с большим числом процессоров не получили, но комплексы с ограниченным числом (два - четыре) процессоров используются достаточно часто.

Многомашинные ВК на базе микро-ЭВМ создавались первоначально по классическим схемам. Однако это не давало должного эффекта при большом числе микро-ЭВМ. Получались комплексы, которые развивали достаточно высокую производительность только при решении больших потоков сравнительно простых задач. Не удавалось добиться высокой производительности при решении сложных задач за счет организации параллельной обработки информации. Это и привело к поискам новых структур. Ясно было, что надо придавать многомашинным ВК некоторые свойства, присущие многопроцессорным комплексам. В основном вели поиск по пути объединения всех или части ресурсов комплекса. Многочисленные полученные варианты, как уже отмечалось, можно объединить в группы. Заметим только, что все варианты имеют общий характерный признак: это многомашинные комплексы с включением некоторых особенностей МПВК.

Межкластерная шина

4

Кластер 1

Межкластерная шина

КП

4

ЭВМ

П

ОЗУ

НМД

УВВ

ЭВМ

П

ОЗУ

НМД

УВВ

Рис. -.1-. Комплекс типа Cm*

S

S

Идея комплексов с общедоступной памятью очень проста - ОЗУ и ВЗУ каждой ЭВМ доступны для других ЭВМ. С этой целью предусматриваются соответствующие связи, а система адресации позволяет рассматривать все ЗУ как единое целое. При этом каждая ЭВМ имеет все необходимые ресурсы для решения задач и управляется своей операционной системой, т. е. комплекс остается многомашинным. Однако общедоступная память дает новое качество: возможность использовать общие базы данных, решать на нескольких ЭВМ одну, общую, задачу, затрачивая на обмен информацией сравнительно малое время. Следует заметить, что современные ОЗУ на интегральных схемах обладают достаточно высоким быстродействием, в то время как быстродействие процессоров относительно невелико, поэтому замедление работы ЭВМ при обращении к памяти другой ЭВМ оказывается не очень значительным. При решении одной задачи на нескольких ЭВМ, как и в МПВК, остается проблема синхронизации этапов решения.

Пожалуй наиболее характерным в этой группе является комплекс Ст* (рис. -.1-), разработанный университетом Карнеги (США). Основным элементом комплекса является микроЭВМ LSI-11 фирмы DЕС, включающая в себя процессор, ОЗУ, ВЗУ на сменных магнитных дисках, устройства для работы оператора. Все устройства объединены общей шиной. Несколько таких ЭВМ (до 14) связываются через так называемую шину отображения с помощью местных (локальных) переключателей Si. Один переключатель объединяет общую шину LSI-11, процессор и шину

отображения. Группа ЭВМ, связанных шиной отображения, образует так называемый кластер. В комплексе может быть несколько кластеров, которые соединяются между собой через межкластерные шины. Взаимодействие кластеров обеспечивается быстродействующим коммутационным процессором (КП) с микропрограммным управлением. Этот процессор одновременно управляет и шиной отображения. На рисунке представлена схема ВК из трех кластеров. Каждый процессор имеет доступ ко всем ЗУ системы. Система адресации позволяет образовать 28-разрядное виртуальное адресное пространство, которое разбито на сегменты по 4096 байт, т. е. имеет 216 сегментов. Естественно, в этом комплексе доступ к различным ЗУ осуществляется с разной задержкой: минимальной - при обращении к собственной памяти, средней -при обращении к памяти другой ЭВМ, входящей в тот же кластер, и максимальной - при обращении в ЗУ ЭВМ других кластеров.

Коммутатор

4

Межпроцессорная шина

Рис. 2.13. Комплекс типа Cmmp

Принцип построения систем с общим полем оперативной памяти заключается в том, что несколько ЭВМ, каждая из которых имеет собственное ОЗУ, кроме того, имеют возможность обращаться к общему ОЗУ, емкость которого значительно больше не только емкости ОЗУ одной ЭВМ, но и суммарной емкости всех ОЗУ. Такое построение системы в максимальной степени приближает многомашинный ВК к многопроцессорному, так как наличие общего оперативного ЗУ обеспечивает комплексу большинство свойств, характерных для МПВК, в том числе и возможность параллельной работы при решении одной большой задачи. При этом каждая ЭВМ работает под управлением своей, достаточно простой ОС.

Характерным представителем этой группы является комплекс типа Cmmp (рис. 2.13). Этот ВК построен на основе широко известных мини-ЭВМ PDP-11/40 фирмы DEC. В комплексе может быть до 16 таких ЭВМ. С помощью матричного коммутатора (16X16) к любой из этих ЭВМ может подключаться один из 16 модулей памяти (МП), создающих таким образом общее для процессоров всех ЭВМ поле памяти. Каждый модуль памяти имеет емкость 1 млн. слов (2 Мбайт). Так как адресное поле ЭВМ составляет 18 разрядов, а общее адресное пространство равно 32 Мбайт, обращение процессоров к общей памяти осуществляется через специальный транслятор адреса (ТА), который работает с достаточно высокой скоростью: задержка не превышает 250 нс.

Кроме связи ЭВМ через общую память имеется связь посредством общей межпроцессорной шины, что обеспечивает взаимные прерывания с тремя уровнями, синхронизацию процессоров, а также

выполнение некоторых функций управления (каждый процессор может останавливать и запускать любой другой процессор).

Процессоры PDP-11/40, которые используются в этом комплексе, несколько отличаются от серийных. В них внесены изменения, обеспечивающие запись в управляющую память и возможность ее расширения. Пользователю запрещено применять некоторые команды (НАLТ, \¥А1Т и др.). Операционная система также претерпела изменения. Емкость собственного ОЗУ каждой ЭВМ составляет 4 кслов (8 кбайт) Такой же выбрана емкость страницы в общем поле памяти. Конфликты которые возникают при одновременном обращении двух или более процессоров и одному и тому же модулю памяти, раз решаются в самих модулях, где организуется очередь запросов.

Как отмечалось, ВК типа Сттр максимально приближаются к микропроцессорным и при малой емкости памяти собственных ОЗУ приобретают значительную часть недостатков МПВК, в частности большое число конфликтов из-за памяти, сложность ОС. По-видимому, лучшие результаты можно получить, увеличивая собственную оперативную память ЭВМ, образующих комплекс. Возможности ЭВМ в этом варианте резко возрастают, существенно уменьшается число конфликтов из-за памяти, ОС приближается по-своему характеру к ОС ММВК и становится проще. Вместе с тем сохраняется и ценное качество МПВК: возможность эффективного взаимодействия всех или части процессоров при решении общей задачи.

В отношении надежности ВК типа Ст* и Сттр безусловно эффективны, так как оба позволяют осуществлять резервирование всех ресурсов и допускают в значительных пределах реконфигурацию при выходе из строя того или иного устройства. В простейшем случае возможно простое отключение неисправной ЭВМ с передачей выполняемых ею функций другим ЭВМ.

Рассматривая организацию обработки информации в таких ВК, можно от метить, что принципиально и в том и в другом комплексе возможны все три способа функционирования: «ведущий -ведомый», раздельное выполнение заданий каждым процессором, симметричная обработка. Однако для комплексов типа Ст* больше подходит организация по типу «ведущий - ведомый», а организация симметричной обработки сильно затруднена. Для ВК типа Сттр одинаково приемлемы все три способа.

2.6. РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСОВ

В отечественной вычислительной технике в настоящее время можно выделить три основных направления развития [5]:

1. Единая система ЭВМ социалистических стран (ЕС ЭВМ). -. Система малых ЭВМ социалистических стран (СМ ЭВМ). 3. Семейство высокопроизводительных комплексов «Эльбрус».

Кроме этих направлений, разумеется, существуют и другие, однако эти три определяют в основном технический уровень и парк вычислительных машин в стране.

Концепции, положенные в основу построения ЕС и СМ ЭВМ, с самого начала предусматривали создание семейства не только однопроцессорных ЭВМ, но и вычислительных комплексов на основе технических и программных средств этих ЭВМ Семейство «Эльбрус», например, реализуется только в виде многопроцессорных вычислительных комплексов.

Представляется целесообразным рассмотреть возможности и принципы организации вычислительных комплексов для всех направлений.

ВК на базе ЕС ЭЦМ. Единая система ЭВМ представляет собой семейство программно-совместимых вычислительных машин, предназначенных для решения широкого класса научно-технических, экономических, управленческих и других задач. ЕС ЭВМ разрабатывается и производится совместно странами социалистического содружества: НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СРР, СССР и ЧССР. Разработка начата в 1969 г., а серийное производство ведется с 1971 г. Научные и производственные коллективы всех стран работают по единому плану. В настоящее время ЭВМ Единой системы составляют основу парка ЭВМ социалистических стран. Разработка ЕС ЭВМ по объему капиталовложений, по числу организаций-соисполнителей и по составу разрабатываемых средств является крупнейшим проектом в области вычислительной техники в Советском Союзе и социалистических странах. Объединение усилий для решения общей задачи позволило сделать большой шаг вперед в развитии научно-технической и производственной базы вычислительной техники стран - участниц разработки.