всех ресурсов неизбежно приводит к конфликтам между процессорами из-за этих ресурсов, а это означает, что процессоры какую-то часть времени будут неизбежно простаивать При этом чем больше в комплексе процессоров, тем больше вероятность конфликтов и соответственно простоев, а следовательно, снижения производительности.

Надо учитывать и еще один фактор - затраты времени на организацию процесса обработки информации в ВК, т. е. на работу ОС. Конечно, и в ММВК на работу ОС потребуются определенные затраты машинного времени, и при оценке системной производительности каждой ЭВМ это надо учитывать. Но в МПВК требуются дополнительные затраты на обеспечение взаимодействия всех элементов, прежде всего процессоров. Это связано с тем, что ОС в МПВК, как уже было показано, выполняет более сложные функции, чем в ММВК. Совершенно ясно, что эти затраты будут нелинейно расти с увеличением числа процессоров в системе. Экспериментальные оценки роста производительности МПВК показывают, что при подключении второго процессора производительность увеличивается на 60-80%, но не вдвое. Добавление третьего процессора дает прирост производительности в 2,1 раза, но не втрое.

Другая картина получается при нагрузке комплекса задачами, требующими большого объема вычислений. Обычно эти задачи могут быть расчленены на отдельные части, которые могут решаться параллельно и независимо друг от друга, - как независимые ветви. Но после раздельного решения эти части должны решаться совместно, т. е. подзадачи нельзя рассматривать как совершенно независимые задачи, наоборот, - они представляют собой поток сильносвязанных задач. Организация решения таких крупных задач в ММВК оказывается весьма сложным делом, так как каждая ЭВМ работает под управлением собственной ОС, а требуется совместная работа ЭВМ, т. е. практически надо разрабатывать некоторую надстройку над ОС и эта надстройка должна быть принадлежностью одной из ЭВМ. Последняя становится таким образом, управляющей. Можно попытаться сделать надстройку общей, помещая ее в общее ОЗУ, но в этом случае ММВК превращается практически в МПВК. Второе обстоятельство, приводящее к определенным сложностям при решении в ММВК больших задач, разделенных на части, заключается в том, что объем информации, который необходимо передавать между ЭВМ, оказывается весьма значительным - это исходные данные для подзадач, результаты их решения, промежуточные результаты, информация, необходимая для синхронизации процесса. В конечном счете все это приводит к большим непроизводительным затратам времени всех ЭВМ. Поэтому при решении больших задач производительность комплекса мало увеличивается с ростом числа ЭВМ.

Для МПВК решение таких задач не приводит к заметным дополнительным затратам времени. Точнее, эти затраты на организацию процесса обработки практически мало отличаются от тех, которые имеют место при решении потока независимых задач. Конечно, обеспечение решения сложных задач с параллельной обработкой требует соответствующей ОС, так как организация параллельной обработки и в этом случае далеко не проста.

Таким образом, при решении больших задач производительность МПВК, как правило, превосходит производительность ММВК при равном числе процессоров. Поэтому, когда речь идет о достижении высокой производительности, необходимой для решения больших задач в достаточно короткое время, наиболее широко используются МПВК.

Приведенные рассуждения показывают, что однозначно отдать предпочтение той или иной системе по производительности практически нельзя. Решение может быть принято только с учетом характера решаемых задач.

Такая характеристика ВК, как гибкость, в литературе строго не определена. Будем этим термином определять способность системы к реконфигурации, и в первую очередь к автоматической реконфигурации. Из того, что раньше говорилось о свойствах и особенностях многопроцессорных и многомашинных комплексов, следует, что по этому параметру МПВК существенно превосходит ММВК. Действительно, в ММВК все возможности по созданию новых конфигураций сводятся к отключению и подключению

ЭВМ. В то же время в МПВК возможно создание множества различных конфигураций, причем ОС МПВК рассчитывается на это. Но опять-таки для реализации этого ценного качества в МПВК требуется достаточно сложная система коммутации устройств. К гибкости можно отнести и способность комплекса к наращиванию. В этом отношении преимущество также следует отдать МПВК, для подавляющего большинства которых в силу модульности построения наращивание осуществить достаточно просто.

Сложность программного обеспечения МПВК оценивалась в § 2.4, где было отмечено, что ОС МПВК существенно сложнее ОС ММВК.

Оценка экономической эффективности комплексов может быть дана на основе сравнения характеристик, рассмотренных выше. Она является в известной степени интегральной оценкой, и однозначно определить ее трудно. В самом деле, если оценивать комплексы по надежности, то МПВК имеет явное преимущество, так как эта надежность достигается меньшими затратами. Если говорить о производительности, то МПВК оказывается предпочтительнее только при решении задач, требующих большого объема вычислений. Несомненно преимущество МПВК в отношении эффективного использования технических средств: возможна более высокая загрузка всех без исключения устройств. По сложности операционной системы МПВК заметно уступает ММВК. В связи с тем что в последние годы стоимость аппаратуры заметно снижается, стоимость программного обеспечения приобретает все больший удельный вес в общих затратах на разработку, изготовление и эксплуатацию ВК.

Подводя итог сравнению комплексов с различной организацией, можно констатировать, что однозначного ответа на вопрос о преимуществах того или иного способа организации дать нельзя. В каждом конкретном случае это должно решаться в зависимости от предъявляемых требований по надежности, производительности, от характера задач и рабочей нагрузки.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

3.1. СИСТЕМЫ С КОНВЕЙЕРНОЙ ОБРАБОТКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Принцип конвейерной обработки информации нашел широкое применение в вычислительной технике. В первую очередь это относится к конвейеру команд. Практически все современные ЭВМ используют этот принцип. Вместе с тем во многих вычислительных системах наряду с конвейером команд используется и конвейер данных. Сочетание этих двух конвейеров дает возможность достигнуть очень высокой производительности систем на определенных классах задач, особенно если при этом используется несколько конвейерных процессоров, способных работать одновременно и независимо друг от друга. Именно так и построены самые высокопроизводительные системы. Целесообразнее всего рассмотреть принцип конвейерной обработки на примере некоторых, наиболее представительных систем.

К числу ЭВМ, в которых широкое применение нашел конвейер команд, относится одна из лучших отечественных машин БЭСМ-6. Эта ЭВМ, разработанная под руководством академика С. А. Лебедева в 1966 г., была в течение многих лет самой быстродействующей в стране благодаря целому ряду интересных решений, в том числе и конвейеру команд. Последний обеспечивался использованием восьми независимых модулей ОЗУ, работающих в системе чередования адресов, и большого числа быстрых регистров, предназначенных также и для буферизации командной информации. Это позволило получить на БЭСМ-6 производительность 1 млн. операций в секунду.

Определенный интерес представляет построение систем ГВМ 360/91, а также более поздней и более современной ГВМ 360/195. Пять основных устройств системы: ОЗУ, управления памятью с буферным ОЗУ, процессор команд, операционные устройства для выполнения операций с плавающей запятой, с фиксированной запятой и десятичной арифметики работают одновременно и независимо друг от друга. Оперативное ЗУ построено по многомодульному принципу (до 32 модулей), устройство управления памятью работает по принципу конвейера и обеспечивает 8- или 16-кратное чередование адресов при обращении процессора и каналов ввода - вывода информации к ОЗУ.

МП1

h

МП32

j

\-\-ууп

▼ ▼

Каналы ввода-вывода

Блок управления потоками данных и буферами

ППЗ

ППФЗ

СП

* * *

Рис. 3.1. Система STAR-100

Кроме конвейера команд в системах ЮМ 360/91 и ЮМ 370/195 в обоих ОУ используется также и конвейерная обработка данных. Однако в системе 360/195 конвейер получается довольно внушительный: в каждом цикле осуществляется выборка до 8 команд,