Мультимикропроцессорные системы

План

Введение

1. Обзор развития ММПС и их архитектура

2. Основные перспективные проекты высокопроизводительных ММПС

Заключение

Список литературы

Введение

Значительные успехи в микропроцессорной технике привели к появлению и развитию на рубеже 70-80-х годов ХХ столетия весьма перспективных и обладающих большим быстродействием по сравнению с традиционными ЭВМ мультимикропроцессорных систем (ММПС), которые весьма значительно повлияли на развитие современной науки и техники.

Благодаря сверхвысокой производительности ММПС стало возможным достижение больших успехов в решении таких важных научных и технических задач, как нейрокомпьютинг и робототехника, стенография и теория полей, радио- и гидролокация, распознавания образов, геофизика, цифровая обработка сигналов и многие другие.

С другой стороны, развитие микропроцессорных средств влияет на достижения в области теории проектирования вычислительной техники: появляются все более перспективные архитектуры ММПС и их компонентов (RISK - процессоры, транспьютеры, сигнальные процессоры и т.п.).

Неоценимое значение современные ММПС имеют в теории и практике проектирования локальных и глобальных вычислительных сетей, расширяя тем самым области эффективного применения современных средств ВТ.

Цель контрольной работы - дать характеристику мультимикропроцессорным системам.

1. Обзор развития ММПС и их архитектур

В связи с появление мощных микропроцессорных средств ВТ в мировой практике в настоящее время сложилась следующая классификация ЭВМ:

· микроЭВМ;

· мини-ЭВМ;

· супермини-ЭВМ;

· универсальные ЭВМ;

· мегауниверсальные ЭВМ;

· матричные процессоры;

· мини-суперЭВМ,

· суперЭВМ. [5]

В каждом из перечисленных классов ЭВМ в зависимости от круга решаемых ими задач возможно применение принципов мультимикропроцессорности.

МикроЭВМ могут быть определены как небольшие ЭВМ, в которых в качестве процессорных элементов используются один или несколько МП. Было создано много специализированных вариантов микроЭВМ, к числу которых относятся разного типа персональные ЭВМ, рабочие станции, управляющие ЭВМ, процессоры связи, процессоры цифровой обработки сигналов.

Мини-ЭВМ впервые появились в 60-х годах в качестве недорогой компактной альтернативы универсальной ЭВМ; на протяжении 70-х годов нашли широкое применение. Однако в 80-х годах в большинстве областей применения их вытесняют микроЭВМ с той же внутренней архитектурой.

Супермини-ЭВМ представляют собой высокопроизводительные мини-ЭВМ (от 1 до 15 млн. оп/с) с длиной слова не менее 32 бит. Как правило, они имеют скалярно-ориентированную архитектуру. Существуют двухпроцессорные супермини-ЭВМ, производительность которых лежит в верхней части диапазона производительности минимашин. Этот тип машин вытеснен с рынка в связи с появлением 32-разрядных микропроцессорных микроЭВМ.

Универсальные ЭВМ явились основным средством автоматической обработки информации. Различие между современными универсальными ЭВМ и супермини-ЭВМ достаточно тонкие, но универсальная ЭВМ может быть описана как машина с высокой производительностью (от 3 до 30 млн. оп/с), предназначенная для использования в качестве центральной ЭВМ для большого числа пользователей.

Мегауниверсальные ЭВМ появились в середине 80-х годов. Наращивание производительности и объемов памяти достигается в этих машинах путем использования большого (до четырех) числа процессоров, что позволяет достичь быстродействия 100·106 Флопс и объема памяти 256 Мбайт. Их архитектура ориентирована на скалярную обработку. В зависимости от классов решаемых задач архитектура дополняется либо векторным, либо матричным процессорами.

Матричные процессоры наилучшим образом ориентированны на реализацию алгоритмов обработки упорядоченных массивов данных. Они появились в середине 70-х годов в виде устройств с фиксированной программой и были подключены к универсальным ЭВМ, но к настоящему времени в их программировании достигнута высокая степень гибкости. В большинстве матричных процессоров осуществляется обработка 32-разрядных чисел с плавающей запятой со скоростью от 5·106 до 50·106 Флопс. Типичными областями применения матричных процессоров является обработка сейсмической и акустической информации, распознавание речи, быстрое преобразование Фурье (БПФ), фильтрация и действия над матрицами.

Мини-суперЭВМ впервые появились в начале 80-х годов и их назначением было обеспечение высокой производительности вычислений, приближающейся к производительности суперЭВМ. Были использованы различные формы векторной обработки и параллельной архитектуры с применением 64-разрядных регистров. Производительность мини-суперЭВМ обычно лежит в диапазоне от 20·106 до 500·106 Флопс.

СуперЭВМ представляют собой самый мощный класс компьютеров. В большинстве суперЭВМ используются 64-разрядные слова, над которыми выполняются операции с плавающей запятой от 10·106 до 10·109 Флопс. Они используются для решения научных и инженерных задач в тех случаях, когда целесообразно применение векторной обработки на основе архитектур ОКМД и МКМД. Организация традиционных суперЭВМ, таких как CRAY и NEC, определяется применением быстродействующих электронных схем, скомпонованных с высокой плотностью для уменьшения задержек прохождения сигналов.

Следует отметить, что в приведенном широком классе ММПС особое место занимают проблемно-ориентированные ММПС для цифровой обработки сигналов (ЦОС). Этот класс МППС решает широкий круг задач, связанных с распознаванием образов, моделированием нейронов мозга, гидро- и радиолокационных задач, сейсмографии, радиофизики и т.п.

Главным архитектурным различием между традиционным ЭВМ, предназначенными для обработки коммерческой информации, является что, что мини-, супер-мини-, универсальные и мегауниверсальные ЭВМ имеют, главным образом, скалярную архитектуру, а ЭВМ для научных расчетов (супер, мини- супер ЭВМ, матричные процессоры и ММПС ЦОС) - векторную.

Скалярная ЭВМ (рис. 1) имеет традиционную фон-неймановскую (т.е. ОКОД) организацию, для которой характерно наличие одной шины данных и последовательное выполнение обработки элементов одиночных данных.



Рис. 1. Структура скалярной ЭВМ

Векторная ЭВМ (см. рис. 2) имеет в своем составе раздельные векторные процессоры или конвейеры и одна команда выполняется в ней над несколькими элементами данных (векторами).

Рис. 2. Структура векторной ЭВМ

Векторные архитектуры - это, в основном, архитектуры типа ОКМД, но некоторые из них относятся к классу МКМД. Векторная обработка увеличивает производительность процессорных элементов, но требует наличия полного параллелизма в ходе обработки задач.

Параллелизм в ММПС может быть использован для повышения их производительности на нескольких уровнях:

- между работами или фазами работы;

- между частями программы или в пределах циклов;

- между элементами векторной операции;

- на уровне арифметических и логических схем.[5]

Первые две категории образуют область, которая может быть названа классом параллельных ММПС, а третья и четвертая являются более «тонкой» формой параллелизма, которая иногда используется в блоках последовательной обработки и часто реализуется с помощью конвейерных процессоров.

Ниже приведены основные архитектурные формы параллельных ММПС, которые используются или создаются в настоящее время.

-архитектура с потоком управления. Суть ее заключается в том, что отдельный управляющий процессор служит для посылки команд множеству процессорных элементов, каждый из которых состоит из процессора и связанной с ним памяти.

- архитектура с потоком данных. Она децентрализована в очень высокой степени и выполняемые ею параллельные команды посылаются вместе с данными в другие (и очень многие) одинаковые процессоры.

- архитектура с управлением по запросам. Она разбивает решаемые задачи на менее сложные подзадачи и результаты их решения снова объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда ее результат оказывается нужным для другой активной команды.

- архитектура с управлением наборами условий. Работает аналогично предыдущей архитектуре. Типичное применение такой структуры - распознавание изображений с использованием клеточных матриц процессорных элементов.

- архитектура ЭВМ с общей памятью. В ней используется та или иная система межсоединений для объединения процессоров с памятью. Системы межсоединений могут быть конструктивно оформлены в виде шин, колец, кубов, кэшей.

- архитектура с параллельными процессорами. Здесь используется высокая степень параллелизма, которая допускает независимое выполнение нескольких процессов на нескольких процессорах. Для этого класса ММПС широко используемой формой структур параллельной обработки являются гиперкубы, или двоичные n-кубы, в которых между процессорами имеют место двухпунктовые связи для передачи информации между ними (в 16-вершинном кубе каждый процессорный элемент ММПС соединен с четырьмя соседними).

Необходимо отметить, что повышение производительности ММПС, которое может быть достигнуто за счет параллельной обработки, зависит от доли вычислений, которые могут выполняться параллельно. На рис. 3 иллюстрируется повышение производительности, которое может быть достигнуто при использовании различного количества процессоров, работающих параллельно, по сравнению с долей Р вычислений, которые могут выполняться параллельно.

Рис. 3. Зависимость производительности параллельных процессов от доли вычислений Р, выполняемых параллельно

На рис. 4 приведено соотношение между возможностями ММПС по выполнению векторной, параллельной и скалярной обработки информации.

Увеличение производительности ММПС, которое достигается за счет использования векторной и параллельной обработки, является весьма существенным, поэтому скорость реализации алгоритмов, в которых заложены обе указанные формы параллелизма, возрастает.

Рис. 4. Взаимосвязь между векторной, параллельной и скалярной производительностью ММПС

Мультимикропроцессорные системы, которые являются параллельными ЭВМ, строятся из большого числа процессоров, располагающих собственной памятью, и используют широкий спектр связей между процессорами для обмена. Топологии этих МПС могут быть организованы в соответствии со следующими схемами:

- древовидные сети;

- шины;

- конвейеры;

- процессоры БПФ;

- сети перекрестного обмена;

- гиперкубы;

- сетки (решетки) с одним, двумя, тремя или большим числом измерений;

- кольца;

- цилиндры;

- тороиды;

- пирамидальные сети.

Перечисленные выше структуры сопоставляются по следующим характеристикам: легкость реализации системы на основе существующих устройств, сложность соединительной сети, наличие предпосылок для расширения структуры, сопоставление используемого алгоритма и структуры системы. На рис. 5 приведен набор топологических решений для реализации тех или иных алгоритмов.

Рис. 5. Виды топологии параллельных ММПС

Древовидные сети подвержены влиянию переменных задержек, которые имеют место при добавлении узлов к поддереву, когда данные у всех узлов одного поддерева должны быть переданы на другое.

Производительность конвейера ограничивается производительностью самого медленного его участка. Кроме этого в конвейере имеют место затраты времени на посылку сообщений из одного каскада в другой.

Для того, чтобы преодолеть ограничения, присущие традиционным сетям связи, разработаны высокопоточные сети. Для параллельной обработки информации предложены три варианта построения высокопоточных сетей: сеть «бабочка»; сеть с перекрестным обменом и гиперкуб.

Сеть «бабочка», разработанная в конце 60-х годов Рабинером и Гоулдом, повышает скорость вычислений при реализации БПФ, которое требует выполнения -4N2 умножений и 4N2 сложений комплексных чисел (на этой сети необходимо повторить алгоритм N/2log2 N раз).

Сеть перекрестного обмена предложена в конце 60-х годов Пизом и Стоуном и представляет собой альтернативный вариант топологии связной сети по отношению к варианту «бабочка» для выполнения БПФ, которое реализуется за log2 N шагов.

Гиперкуб или бинарный N-куб представляет собой теоретическую концепцию, обосновывающую возможность наращивания структуры за пределами трех измерений (см. рис. 6).

Рис. 6. Топология ММПС “гиперкуб”

N-размерный куб содержит 2N узлов (узловых процессоров). Концепция гиперкуба удобна для описания универсальных матричных ЭВМ, так как многие другие сетевые топологии могут быть отображены на гиперкуб путем отбрасывания некоторых связей.

Сетки (решетки) представляют собой одномерные, двумерные матрицы или матрицы большей размерности. На их основе реализуются систолические или волновые матрицы, в которых каждая ячейка соединена со своими ближайшими «соседями» во всех измерениях.

Цилиндры и тороиды являются разновидностью решеток, в которых число используемых измерений и топология поверхности выбираются таким образом, чтобы они соответствовали реализуемому прикладному алгоритму.[5]

Анализ современных мультимикропроцессорных ВС позволяет выделить те развиваемые характерные решения, которые в условиях микроминиатюризации и снижения энергоемкости, "экономного" логического развития обеспечивают необходимые свойства универсального применения.

Такими решениями являются следующие.

1. Многопроцессорные кристаллы. Воспроизведение многопроцессорной ВС на одном кристалле в значительной степени характерно для сигнальных вычислительных средств, специализирующихся на обработке двух- и трехмерных изображений, которые применяются в цифровом телевидении и радиовещании, при передаче изображений по каналам связи и др. Такие средства эффективно используются в качестве нейрокомпьютеров.

Например, на одном кристалле MVP (Multimedia Video Processor) семейства TMS 320 C80 (фирма Texas Instrument) расположены 4 32-разрядных цифровых сигнальных процессора (DSP -- Digital Signal Processor) с фиксированной запятой (ADSP-0 -- ADSP-3). Их особенность -- высокая степень конвейеризации и до 64 бит длина командного слова для параллельного выполнения нескольких операций. Система команд содержит команды над битовыми полями и структурами данных, несущими графическую информацию. Такая специализация обусловила понятие -- DSP-архитектура.

Процессоры работают независимо. Т.е. ВС -- типа MIMD -- (Multiple-Instruction, Multiple-Data). Программируются отдельно на ассемблере или ЯВУ. Данными обмениваются через общую внутрикристальную память.

Каждый из ADSP содержит КЭШ-память команд (2 Кбайта), и через матричный коммутатор Crossbar получает доступ к 32 из имеющихся 50 Кбайт быстродействующей статической внутренней памяти. Память расслоенная -- поделена на сегменты. Если два и более процессора в одном цикле попытаются обратиться к одному сегменту, аппаратная система управления доступом с циклическим изменением приоритета (round robin prioritization) позволит сделать это только одному процессору.

32-разрядное АЛУ ADSP может работать как два 16- или четыре 8-разрядных АЛУ. Этого достаточно для обработки видеоизображений. Специальные блоки ускоряют обработку графики. Блоки генерации адресов формируют кольцевые (бесконечные) буферы. Аппаратно поддержаны три вложенных цикла.

RISC-процессор управляет четырьмя ADSP с помощью диспетчера. Диспетчер и планировщик заданий тесно взаимодействуют с контроллером пересылок. Кроме того, управляющий процессор самостоятельно выполняет вычисления и обеспечивает обмен с внешними устройствами. Содержит встроенный блок плавающей арифметики и набор векторных операций с плавающей запятой, оптимизированных для обработки изображений, звука и трехмерной графики.

2. Транспьютерная технология. Представленная выше архитектура обладает такой конструктивной законченностью, которая позволяет как встраивать ее в некоторую систему, так и организовать взаимодействие нескольких кристаллов. Это обеспечивается развитыми средствами связи и обмена данными.

Возможность комплексирования привлекла внимание еще на раннем этапе развития микропроцессоров (в середине 1980-х годов) и привела к построению транспьютеров -- микропроцессоров, снабженных развитыми средствами комплексирования. Таким образом, создавались "кирпичики", на основе которых можно было создавать сложные структуры. Эта тенденция не только сохранилась, но является необходимым средством построения мультимикропроцессорных ВС.

Преследуя многофункциональность средств обмена, не обязательно требовать их размещения на одном кристалле с центральным процессором. Так, фирма Analog Devices предлагает микропроцессоры ADSP-21060/62 SHARC ("АКУЛА") для цифровой обработки сигналов, специально предназначенные для комплексирования.

Средства комплексирования "АКУЛЫ":

· магистраль для подключения 6 "АКУЛ" и одного ХОСТ-процессора (управляющего, с привилегированным доступом к магистрали, а также к памяти каждого процессора -- через специальный порт);

· сигнальные регистры в составе каждого процессора, непосредственно связанные (одной ножкой) с каждым из других процессоров -- для контроля их состояния;

· ЛИНКи -- каждый процессор имеет 6 выходов (ЛИНКов) для непосредственной связи "процессор - процессор".

3. Общее адресное пространство комплексируемых микропроцессоров "АКУЛА" обеспечивает псевдообщую память и исключает необходимость программной организации обмена данными. Если адрес физически принадлежит ОП другого процессора, то обмен организуется автоматически, без вмешательства пользователя (т.е. программно не предусматривается).

4. Межпроцессорный (магистральный) обмен инициируется в том случае, если адрес считывания или записи принадлежит адресному пространству другого процессора (единичный обмен). Аналогично возникают групповые пересылки данных с использованием "чужого" адресного пространства.

Пользователь не составляет программу обмена, даже для контроллера обмена данных. Достаточно указать "чужие" адреса.

Процессоры обмениваются сигналами состояния. Поэтому каждый процессор знает, кто является "хозяином" магистрали, т.е. ведет обмен, и свой приоритет в очереди к магистрали. По завершении каждого обмена производится циклическая смена приоритетов процессоров, которым нужна магистраль. Процессор с максимальным приоритетом становится "хозяином". Обмен может прерываться только ХОСТ-процессором.

Микропроцессор утверждается в роли основы элементно-конструкторской базы ВС, и это поняли ведущие разработчики.

В этом смысле привлекает внимание трансформация интересов "отца суперкомпьютеров" С.Крея, который признал определяющую роль принципа MIMD при построении ВС Cray Superserver 6400 System (CS640), выпускаемой корпорацией Cray Research в сотрудничестве с компанией SUN Microsystems (сотрудничество с фирмой SUN ныне характерно и для ведущих российских разработчиков).

Система предполагает наращиваемую конфигурацию от 4 до 64 процессоров SuperSPARC. Принято компромиссное решение на основе классической схемы разделения (общей) ОП при многопроцессорной обработке и распределенной памяти при параллельной обработке массивов. Чтобы работать с частично распределенной памятью в ОЗУ, ВС имеет в любой конфигурации 4 шины. Шина использует сетевую технологию "коммутации пакетов". Это позволяет находить путь обмена единицами информации в соответствии с занятостью или освобождением шин.

В целом, архитектуру следует считать шинной, хотя наличие нескольких шин делает ее промежуточной между шинной и использующей матричный коммутатор.[3]

2. Основные перспективные проекты высокопроизводительных ММПС

Высокопроизводительные ММПС (или суперЭВМ) были ориентированы, главным образом, на выполнение больших объемов вычислений с плавающей запятой. Для достижения высокой производительности, существенной для данной области приложений, в суперЭВМ использовалась комбинация быстрых схем и усовершенствования в методах организации архитектуры. Эти усовершенствования вывели производительность машины за те пределы, которые можно было обеспечить только за счет быстродействия схем.

ЭВМ IBM 7030, известная под названием STRETCH, была в 100 раз быстрее, чем более старая IBM 704. Для достижения столь смелой цели был введен ряд архитектурных усовершенствований. Отдельное устройство обработки команд позволяло одновременно обрабатывать до шести команд. Чтобы сгладить различие между длительностью такта ЦП и относительно большим временем доступа к основной памяти, было использовано несколько методов, включая опережающую выборку данных и метод «закорачивания» для предотвращения множественного доступа к одной и той же ячейке памяти.

В ЭВМ CDC 6660 используется много функциональных устройств и схема резервирования, названная «счетной платой». Эта плата поддерживает динамическую информацию о регистрах, функциональных устройствах и шинах.

Способность выполнения команд в порядке, отличном от порядка, предписанного программой, ведет к параллельной обработке независимых команд и увеличивает степень параллелизма при работе машины.

В ЭВМ IBM 360/91 реализована двухуровневая иерархия конвейеров.

Центральный процессор подразделяется на три устройства, которые могут работать параллельно. Они образуют конвейеризацию первого уровня. Два устройства - устройство выдачи команд и устройство вычислений с плавающей точкой - сами являются конвейерными. Третье устройство предназначено для вычислений с фиксированной запятой и имеет только одну ступень. Система тегов и аппаратные средства для их сравнения (или общая шина данных) позволяют выдать некоторую команду, даже если ее регистр результата является регистром результата частично выполненной команды.

Одна из первых высокопроизводительных ММПС, созданная фирмой CRAY RESEARCH, - скалярно-векторная супер-ЭВМ CRAY-1 имеет регистровую архитектуру (Р-архитектуру). В такой архитектуре функциональные устройства получают операнды только из регистров.

Другими примерами регистровой архитектуры являются архитектуры супер-ЭВМ СDС-6000 а также CRAY X-MP, CRAY-2 и скалярное устройство ЭВМ CDC CYBER205.

Максимальная производительность, например, супер-ЭВМ CRAY X-MP составляет 100 Мфлопс, а суммарная - 28-41 Мфлопс, так как от 70% до 85% общего времени вычислений затрачивается на вычисление скалярных величин.

В качестве иллюстрации применения приведенных в подразделе 5.1 архитектур современных ММПС рассмотрим наиболее перспективные разработки основных классов высокопроизводительных ММПС: скалярную векторную, матричную и ММПС типа гиперкуб.

Архитектура скалярной суперЭВМ относится к типу SISD - архитектур, подобна скалярной архитектуре суперЭВМ CRAY-1 и приведена на рис. 7.



Рис. 7. Структура скалярной суперЭВМ

В данной архитектуре предусмотрено три функциональных устройства

(устройства сложения и умножения с плавающей запятой и устройство целочисленного сложения), а также два набора регистров (S и А). Такая архитектура позволяет достичь высокой производительности за счет того, что здесь максимальная скорость выдачи команд - одна команда в такт.

Набор регистров А используется, главным образом, для хранения адресов и для адресных вычислений (например, для вычисления индексов), а набор регистров S - для хранения данных и результатов при выполнении соответствующих команд.

Однородная векторная суперЭВМ серии Т фирмы FPS (Floating Point

Systems) была выпущена в 1986 году и превышала производительность всех известных в тот период суперЭВМ. Самая мощная модель серии Т-140000 имеет 16384 узла, каждый из которых содержит транспьютер Т414 и 64-разрядный векторный процессор с плавающей запятой с производительностью 64*106 Флопс, а производительность машины в целом составляет 262*109 Флопс; емкость памяти достигает 16 Гбайт. Программное обеспечение ЭВМ серии Т представляет собой язык параллельной обработки ОККАМ. Каждый узел, конструктивно оформленный в виде одной печатной платы, содержит (рис. 8) транспьютер Т414 (он же управляющий процессор), 64-разрядный векторный процессор с плавающей запятой, двупортовое ЗУПВ емкостью 1 Мбайт и 16 последовательных каналов связи.

Рис. 8. Функциональный узел векторной ММПС

Восемь узловых плат (узловых процессоров), соединенных друг с другом и с системной платой, образуют модуль. Возможности каждого модуля характеризуются производительностью 128*106 Флопс и максимальным объемом ЗУПВ 8 Мбайт, пропускная способность внутри модуля составляет 12 Мбайт/с, а внешние связи системной платы имеют пропускную способность 0,5 Мбайт/с.

Векторный процессор обращается к памяти как к двум банкам векторов, в одном из которых хранится 256 векторов, а в другом - 768, при этом два обращения к памяти производятся за время одного цикла длительностью 125 нс. Сумматор векторного процессора снабжен 6-каскадным конвейером, а конвейер умножителя имеет 5 ступеней при работе с 32-разрядными данными и 7 - при обработке 64-разрядных данных. Модули (т.е. 8 узловых процессоров и системная плата) объединяются друг с другом в виде пространственной решетки и реализуют архитектуру ММПС типа ОКМД.

Термин «матричный процессор» используется разными исследователями для описания совершенно разных архитектур. В числе первых это понятие было применено, например, при описании ММПС на основе матричных процессоров МРР (производилась для NASA фирмой Goodyear Aerospace) и Connection Machine (фирма Thinking Machine Corp.). Эти ЭВМ представляют в своей основе архитектуру ММПС типа SIMD и составлены из большого числа одноразрядных процессоров, а параллельность выполнения команд в них достигается за счет пространственного повторения выполненной команды. Обычный матричный процессор содержит от 16 К процессоров (ММПС МРР) до 64 К процессоров в ММПС Connection Machine. Глубокая пространственная параллельность на матричных процессорах означает практическую независимость скорости исполнения от объема входных данных, т.е. и один, и 500, и 2000 и более входных данных обрабатываются за одно и то же время.

Другим классом суперЭВМ, тесно связанным с матричными процессорами, является подкласс ММПС типа SIMD/MIMD (суперЭВМ PASM, NonVon, DADO). На самом низшем уровне они имеют архитектуру типа SIMD, но, как правило, не состоят из одноразрядных процессоров. Введение параллелизма типа MIMD как надстройки над параллелизмом типа SIMD существенно расширяет возможности суперЭВМ этого класса.

Обобщенный матричный процессор состоит из скалярной последовательной части и направленного массива процессорных элементов (ПЭ) (рис. 9).



Рис. 9. Обобщенный матричный процессор

Внутри матричной ММПС должна осуществляться строгая пошаговая синхронизация. Матричный контроллер передает сигналы управления синхронизацией всем процессорам параллельно. Этот уровень синхронизации используется для обеспечения высокой скорости межпроцессорной коммутации и обмена данными. Для организации межпроцессорных обменов широко используются одно- или двумерные сети.

СуперЭВМ с гиперкубической архитектурой INTEL iPSC-VX являлась одной из первых выпущенных систем этого типа. Её максимальная производительность составляет 424*106 Флопс.

Надо отметить, что аналогичные и рассмотренные выше суперЭВМ серии Т фирмы FPS и Connection Machine фирмы Thinking Machines появились значительно позже. В системе iPSC-VX используется стандартный МП 80286, сопроцессор 80287, сопроцессор локальной сети (LAN) 82586, семь последовательных каналов ввода-вывода, динамическое ЗУПВ емкостью 512 Кбайт, которые размещены на печатной плате, выполняющие функции узла гиперкуба (рис. 10).

С помощью расширителя местной шины iLBX-II к узлу может подключаться дополнительная память. Векторный сопроцессор, расположенный на второй плате узла, повышает его производительность до 100 раз при выполнении операций над 64-разрядными скалярными данными. Система iPSC-VX наращивается группами по 16, 32 или 64 узла.



Рис. 10. Структура процессорного узла супер-ЭВМ Intel iPSC-VX

Управляющий процессор куба (микроЭВМ системы 286/310 фирмы Intel) соединяется с каждым узлом посредством локальной сети IEEE 802.3 и обеспечивает реализацию системного интерфейса, а также системы разработки программных средств на основе операционной системы типа XENIX. Наличие семи каналов связи у каждого узла определяет возможность построения гиперкуба с максимальным числом N=27=:128 узлов. Ядро операционной системы размещается в ЗУПВ и обеспечивает реализацию основных сервисных функций.[5]

Заключение

Завершая работу можно прийти к выводу, что освоение и распространение микропроцессорной техники открыли возможности практической реализации и широкого использования ее в сложных системах. Универсальность и гибкость ММПС как устройств с программным управлением позволяют широко применять ее в самых различных системах управления для аппаратной реализации функций управления, контроля измерения и обработки данных.

Применение мультимикропроцессорных систем в системах управления промышленным оборудованием предполагает, в частности, использование их для управления станками, транспортировочными механизмами, сварочными автоматами, прокатными станами, атомными реакторами, производственными линиями, электростанциями, а также создание на их основе робототехнических комплексов, гибких автоматизированных производств, систем контроля и диагностики.

Список литературы и ресурсов

1. Абрайтис Б.Б. и др. Микропроцессорный комплект высокого быстродействия К1800. - М.: Радио и связь, 1985.

2. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы /Под ред. Смолова В.Б. - М.: Радио и связь, 1981.

3. Барский А.Б. Архитектура параллельных вычислительных систем. // http://www.intuit.ru/department/hardware/paralltech/2/1.html

4. Вычислительные машины, системы и сети. /Под ред. Пятибратова А.П. - М.: Финансы и статистика, 1991.

5. Гузик В.Ф., Гармаш А.Н., Евтеев Г.Н. Микропроцессорные системы: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. - 71 с.

6. Гузик В.Ф., Каляев В.А., Костюк А.И. Организация ЭВМ и систем. Микропроцессор х46. - Таганрог, 1998.

7. Каляев А.В. Многопроцессорные системы с программируемой архитектурой. - М.: Радио и связь, 1984.

8. Корнеев В. Будущее высокопроизводительных вычислительных систем. // Открытые системы. - №5. - 2003. http://www.citforum.ru/hardware/vich_sist/

9. Микропроцессорные системы: Уч. пособие для вузов / Е.К.Александров, Р.И. Грушвицкий, М.С.Куприянов и др. - СПб.: Политехника, 2002.

10. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Справочник в 2-х томах /Под ред. Шахнова В.А. - М.: Радио и связь, 1988.

11. МикроЭВМ: Практическое пособие / Под ред. Преснухина Л. Н. Кн.2. Персональные ЭВМ. - М.: Высшая школа, 1988.

12. Мячев А.А., Степанов В.М. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991.

13. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Справочник. - М.: Радио и связь, 1993. - 256 с.