т. е. число ресурсов; процессоры снабжаются быстродействующими буферными ЗУ достаточно большой емкости; в качестве машинного языка используется алгоритмический язык высокого уровня; наиболее часто выполняемые функции ОС реализуются техническими средствами.

ЦМ (ЭВМ ЕС)

П

ОЗУ

КВВ

ПУ

ПМ (ЭВМ СМ)

I П I I ОЗУ I УВВ

ОШ

Рис 2.18. Комплекс на основе УСВМ

Включение в состав комплекса большого числа модулей с независимым управлением и периферийных устройств позволяет свести к минимуму конфликты из-за ресурсов, необходимых для вычислительных процессов, реализуемых разными процессорами и устройствами. Наличие быстродействующего буферного ЗУ существенно уменьшает число обращений к оперативной памяти, а, следовательно, простои процессоров из-за ожидания памяти. Использование алгоритмического языка высокого уровня уменьшает длину программ (в некоторых случаях в 2-3 раза), в результате чего сокращается число обращений к оперативной памяти. Аппаратная реализация наиболее часто используемых модулей ОС позволяет уменьшить затраты ресурсов на ОС при большом числе процессоров и повысить производительность при малом. Аппаратными средствами реализуются в основном функции диспетчера ОС, что освобождает процессоры от рутинной работы, связанной с организацией очередей, обменом данными, и уменьшает число прерываний, обрабатываемых ОС.

Структурная схема МПВК «Эльбрус» представлена на рис. 2.19. Многовходовая оперативная память построена следующим образом. Четыре модуля оперативной памяти (МП) объединяются одним общим коммутационным модулем (КМ), который подключает любой МП к 10 центральным процессорам (ЦП) и 4 процессорам ввода - вывода (ПВВ). Число КМ в комплексе - до 8, а МП - до 32. Центральные процессоры взаимодействуют с оперативной памятью и ПВВ через КМ.

Все периферийное оборудование (накопители на магнитных лентах, дисках и барабанах, устройства ввода - вывода и передачи данных) подключается к центральной части комплекса через ПВВ, которые являются специализированными, имеют буферное ЗУ, АЛУ и работают по заявкам ЦП. Процессор ввода - вывода реализует аппаратно функции ОС по управлению устройствами ввода - вывода. При этом ПВВ определяет пути обмена информацией (каждое периферийное устройство имеет несколько путей доступа к ПВВ), осуществляет подключение и резервирование устройств. Максимальная скорость обмена ПВВ с ОП достигает 36 Мбайт/с.

В состав внешних ЗУ комплекса входят накопители на магнитных лентах, дисках, барабанах. В качестве НМЛ и НМД используются все типы накопителей, выпускаемых промышленностью в составе ЕС ЭВМ, а НМБ специально разработаны для комплекса «Эльбрус» и имеют следующие характеристики: емкость 4,2 Мбайт, среднее время доступа 5,5 мс, скорость обмена 3,6-3,8 Мбайт/с. Использование НМБ, имеющих существенно

большую скорость, чем НМД, позволяет повысить эффективность обмена между ОЗУ и ВЗУ и в конечном счете увеличить производительность комплекса. При работе с НМБ и НМД используются корректирующие коды, что значительно повышает надежность хранения информации.

ЦП1

КМ

ПУ

ПВВ4

КМ

КМ1

ф ф ф

КМ8

I I I I I I ! I

МОП1\ \МОП2\ \МОП3\ МОП4 \МОП29\ \МОП30\ \МОП31\ \МОП32

Рис. 2.19. Комплекс «Эльбрус»

В качестве устройств ввода - вывода используется практически весь комплекс устройств ЕС ЭВМ, включая печатающие, перфоленточные, перфокарточные и графические устройства.

Все устройства комплекса работают параллельно и независимо друг от друга и охвачены аппаратным контролем. При возникновении неисправности операционная система получает соответствующий сигнал и осуществляет автоматическую реконфигурацию комплекса, исключая из него неисправное устройство. После восстановления оно может быть вновь введено в рабочий комплект.

Комплекс «Эльбрус» является классическим многопроцессорным не только по структуре, но и по способу организации обработки информации. Все задания и процессы находятся в одной общей очереди, ожидая освобождения процессоров. Как только какой-либо процессор переводит процесс из активного состояния в пассивное, то немедленно обращается к этой очереди и выбирает первый из находящихся в очереди процессов. Последние могут иметь различные приоритеты, тогда фактически организуется несколько очередей процессов.

Комплексы семейства «Эльбрус» отличаются друг от друга производительностью и технической реализацией устройств. Процессоры, применяемые в комплексе «Эльбрус-1», имеют производительность до 1,5 млн. операций в секунду. Время выполнения основных операций: сложение с фиксированной запятой - 520 нс; сложение с плавающей запяток - 780 нс; умножение 32-разрядкых чисел - 780 нс; умножение 64-разрядных чисел - 1300 нс; логические операции - 520 нс. Производительность в максимальной комплектации должна достигать 12 млн. операций в секунду.

Комплекс «Эльбрус-2» в максимальной комплектации должен обеспечивать производительность свыше 100 млн. операций в секунду, т. е. примерно в десять раз более высокую, чем «Эльбрус-1». Используемое в «Эльбрусе-1» программное обеспечение полностью реализуется в «Эльбрусе-2».

ф ф ф

ф ф ф

2.7. СРАВНЕНИЕ МНОГОМАШИННЫХ И МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

На практике при необходимости обеспечения высокой производительности и высокой надежности всегда возникает вопрос, каким путем решать эту задачу. Создавать ММВК или МПВК? Среди разработчиков существуют сторонники как многопроцессорных, так и

многомашинных комплексов. Попытаемся оценить преимущества и недостатки того и другого направления.

Наиболее целесообразно оценивать следующие характеристики ВК: надежность, производительность, гибкость, сложность программного обеспечения, экономическую эффективность. Хотя дать точную количественную оценку каждой характеристики невозможно и приведенные ниже оценки носят в значительной степени качественный характер, однако они дают достаточное представление о сравниваемых комплексах.

Все показатели, характеризующие надежность, вне всякого сомнения являются важнейшими, так как зачастую именно для повышения надежности и строятся комплексы. Несложно показать, что по этому параметру МПВК имеет явное преимущество перед ММВК. Это объясняется тем, что в ММВК резервирование осуществляется по машинам, в то время как в МПВК по устройствам. Благодаря этому МПВК может обеспечить более высокую надежность по сравнению с ММВК при том же объеме оборудования или ту же надежность при меньших аппаратных затратах.

Оценка производительности не только любого ВК, но даже однопроцессорной ЭВМ достаточно сложна. Объясняется это прежде всего различием задач по характеру вычислений, т. е. составу операций, по числу обращений к ВЗУ, объему передаваемой между устройствами информации и др. Кроме того, производительность зависит от построения комплекса: структуры, емкости памяти, способов связи между устройствами, параметров самих устройств и др. В силу приведенных обстоятельств нам придется ограничиться качественными оценками производительности ВК.

Рассмотрим два возможных варианта нагрузки комплекса. Первый: в ВК поступает большой поток различных, не связанных между собой задач с небольшим объемом вычислений. Второй вариант: комплекс нагружается крупноразмерными задачами, число которых может быть и невелико, но решение каждой связано с большой вычислительной работой. И ММВК, и МПВК, как уже было показано, характеризуются одинаковой схемой обработки информации: множественный поток команд - множественный поток данных. Из-за разного объема вычислений рабочая нагрузка обрабатывается по-разному.

При первом варианте нагрузки работа ЭВМ в многомашинном комплексе практически мало отличается от режима автономной работы. Общий поток задач тем или иным способом разделяется между всеми ЭВМ, и каждая ЭВМ работает независимо от других. Разделение потока задач может происходить автоматически с использованием общих ВЗУ, где фиксируется список всех задач, в который вносится каждая вновь поступающая в комплекс задача, а ЭВМ по мере окончания решения задач выбирает новые из списка. Существующие связи между ЭВМ используются только с целью обеспечения надежности: если одна из ЭВМ выходит из строя, другая должна продолжать обрабатывать задачи. Объем информации, передаваемой между ЭВМ, незначителен, и, следовательно, малы затраты времени каждой ЭВМ на такой обмен. В результате производительность такого ВК с достаточной точностью может определяться как сумма производительности всех ЭВМ, входящих в комплекс:

N

Пк = П1 и производительность многомашинного комплекса растет линейно с увеличением числа ЭВМ в нем.

Разумеется, в тех случаях, когда главная задача комплекса - обеспечение высокой надежности и другие ЭВМ работают как резервные (либо решая те же задачи, что и основная, либо находясь в режиме ожидания), производительность комплекса оказывается равной производительности одной ЭВМ, т. е. Пк = П{.

В МПВК также существует общий список задач, который непрерывно пополняется и из которого каждый процессор выбирает новые задачи. На первый взгляд кажется, что организация вычислений в МПВК ничем не отличается от организации в ММВК. Однако это не так, потому что для всех процессоров комплекса общедоступны все ресурсы: оперативная память, периферийные устройства, включая ВЗУ, программные средства; более того, все процессоры работают под управлением единой операционной системы. Общедоступность