Описываемый подход к созданию вычислительных систем в виде однородных перестраиваемых структур отличается тем, что используются все три принципа, что, по мнению авторов, и должно обеспечить максимальный эффект.

Хотя эти идеи были выдвинуты более двадцати лет назад, достаточно активная их реализация началась сравнительно недавно. Это и понято, так как создание однородных систем из большого числа ЭВМ или процессоров второго и даже третьего поколения было вовсе не простой задачей: слишком громоздкими получались такие системы. Ясно, что эффективная реализация возможна лишь при весьма эффективной элементной базе. С развитием микропроцессоров и микро-ЭВМ на их остове такая база создана, и стала возможной реализация этих идей. В качестве иллюстрации можно рассмотреть систему МИНИМАКС [5].

Эта система относится к классу однородных и имеет программируемую макроструктуру. Число элементарных машин (ЭМ) в системе не фиксировано и может определиться классом решаемых задач. Структурную единицу системы составляет ЭМ, которая включает в себя вычислительный модуль (ВМ) и модуль межмашинной связи (ММС). Состав каждой ЭМ также достаточно произвольный - может выбираться из числа типовых спецификаций семейств АСВТ или СМ ЭВМ. В качестве ВМ используются ЭВМ, построенные на основе процессоров M-6000, М-7000, СМ ЭВМ. Модули МС, предназначенные для организации взаимодействия ЭМ, выполнены как автономные устройства, обеспечивают передачу дачных, адресов и управляющей информации между соседними ВМ.

Рис. 3.10. Связи между ЭМ в системе МИНИМАКС

Из рис. 3.10 видно, что каждая элементарная машина связана с четырьмя соседними и взаимодействуют они с помощью двух типов связи: i и 2, обеспечивающих полудуплексную работу. Связи типа 1 используются для пересылки данных между ОЗУ передающего ВМ и одного или нескольких принимающих ВМ, передачи адресов между передающими и принимающими ВМ и обмена логическими переменными между элементарными машинами. Связи типа 2 являются вспомогательными: они используются для программирования соединений между элементарными машинами по линиям связи типа 1, а также для передачи управляющей информации, обеспечивающей использование общих ресурсов - периферийных устройств, файлов, программ и др. Связь типа 3 между вычислительным модулем и модулем машинной связи в пределах одной элементарной машины - дуплексные и используются для обмена информацией с периферийными устройствами.

Важным аспектом работы однородной системы является программирование ее структуры -настройка, которая осуществляйся с помощью специальных регистров настройки, входящих в состав модулей машинной связи. Содержимое этих регистров может быть изменено либо собственным вычислительным модулем, либо вычислительным модулем любой другой элементарной машины.

Система МИНИМАКС - общего назначения и может работать в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Развитием однородных вычислительных систем являются однородные вычислительные среды, которые представляют собой и общем случае «-мерную решетчатую структуру. В частом случае это двухмерная структура из квадратных клеток, заполняющих плоскость. Каждая клетка в

двухмерной структуре соединяется с четырьмя соседними. Между двумя соседними клетками проходят два канала настройки и один канал передачи рабочей информации (рис. З.11). Каждый элемент однородной вычислительной среды состоит из коммутационных и функциональных компонентов. Функциональный компонент реализует полную систему логических функций,

например: ИЛИ - НЕ - f (x1, x2 ) = x1Vx2 или ИЛИ - НЕ - f (x1, x2 ) = x1 x2, Коммутационные и

функциональные компоненты позволяют путем соответствующей настройки при достаточном их числе реализовать любую структуру.

Рабочие каналы

Настроечные каналы

Рис. 3.11. Однородная вычислительная среда

Пока еще нет достаточного опыта, который позволил бы оцепить перспективность этих идей, однако можно отметить, что реализация однородных систем - непростая проблема, а эффективность таких систем не является безусловной. Надо иметь в виду, что связи между отдельными элементами достаточно сложны, аппаратные затраты на реализацию связей велики, причем чем элементарнее функции вычислительного модуля, тем больший удельный вес приобретают затраты па связи. Кроме того, программирование связей для настройки системы является достаточно сложной задачей. Вместе с тем не вызывает сомнения, что однородные вычислительные системы представляют значительный интерес и, по-видимому, будут активно развиваться.

3.5. ФУНКЦИОНАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ

На вычислительные системы общего назначения, используемые для научно-технических расчетов и моделирования, в системах автоматизированного проектирования и управления производством, возлагается выполнение широкого спектра задач. При этом вычислительная система должна реализовать обширный набор функций над различными типами и структурами данных: обработку целочисленных значении, действительных чисел, графической информации и изображений, текстов, матричную обработку, трансляцию программ, доступ к данным, организованным в наборы или базы, и т, д. Кроме того, для управления вычислительными процессами и функционированием необходимо реализовать специфические функции управляющих программ операционной системы, управления виртуальной памятью, сходствами ввода - вывода и передачи данных, а также контроль и диагностику системы и др.

В ЭВМ первого и второго поколений все эти функции реализовались одним процессором и интерпретировались им в виде арифметических и логических операций. Такое же положение сохранилось в основном и в ЭВМ третьего поколения, в которых лишь простейшие операции ввода - вывода снимались с центрального процессора и передавались специализированным устройствам - каналам или процессорам ввода - вывода.

Высокопроизводительные системы общего назначения создаются на основе многопроцессорных комплексов. Использование в таких системах однотипных процессоров, аналогичных процессорам ЭВМ общего назначения, оказывается неэкономичным, поскольку в каждом процессоре в каждый момент времени используется лишь часть ресурсов, обеспечивающих обработку данных одного типа. Наиболее экономичный способ построения многопроцессорной системы общего назначения - использование специализированных процессоров, ориентированных на реализацию определенных функций: обработки

скалярных величин, текстов, матричной обработки, трансляции программ, управления данными и др. При этом значительно сокращаются затраты оборудования в процессоре и повышается его производительность. Кроме того, совокупность таких процессоров предоставляет необходимый для решения задач набор функций, который можно изменять, по-разному комплектуя систему и приспосабливая ее к рабочей нагрузке.

Многопроцессорные вычислительные системы, построенные на основе разнотипных процессоров, ориентированных на реализацию определенных функций, называются функционально распределенными вычислительными системами (ФРВС). Это неоднородные системы и строятся они как проблемно-ориентировочные - путем включения в их состав набора процессоров, соответствующего потребностям обрабатываемых задач.

Управляющий процессор

Обрабатывающий процессор

Матричный процессор

Коммутатор

УВВ

Языковой процессор

Основная память

И И И

Рис. 3 12 Функционально распределенная вычислительная система

Структура и функционирование. Принцип структурной организации ФРВС представлен па рис. 3.12. Система состоит из совокупности процессоров, имеющих индивидуальную память и основной памяти. Ядро системы обеспечивает информационное сопряжение всех устройств. Ядро может быть реализовано в виде, системной шины (магистрали), коммутационного поля или коммутатора основной памяти, В первых двух случаях каждый процессор может обмениваться данными с любыми другими процессорами и основной памятью. При использовании коммутатора основной памяти обмен данными производится только через память. В представленной структуре управляющий процессор реализует супервизорные функции - управление ресурсами и задачами, обрабатывающий процессор - обработку числовых и символьных данных, матричный процессор - матричную и векторную обработку, языковой процессор - трансляцию программ, процессоры баз данных - доступ к наборам данных и управление базами данных, процессор ввода - вывода обслуживает устройства ввода - вывода и телекоммуникационный процессор обеспечивает передачу данных по каналам связи. Состав процессоров в конкретной системе зависит от класса решаемых задач. Так, в системе могут использоваться два обрабатывающих процессора или несколько телекоммуникационных.

Обработка каждой задачи распределяется между процессорами. При этом функции управления данными реализуются процессорами, изображенными в нижней части рисунка. Разные шаги заданий, программы и ветви (блоки) программ выполняются обрабатывающим, матричным и языковым процессорами. Распределение ресурсов между задачами и управление задачами производится управляющим процессором, который реализует управляющие программы операционной системы. Загрузка оборудования увеличивается за счет мультипрограммирования и, возможно, параллельных вычислений на уровне подзадач.

Специализация процессоров обеспечивается на разных уровнях - на уровне структуры, микропрограммном и программном. Специализация на уровне структуры достигается за счет использования и операционной части процессора специальных