Вычислительные системы на основе микропроцессоров и мик- ро-ЭВМ
Развитие микроэлектроники и создание микропроцессорной техники явились большим стимулом для проектирования новых вычислительных сис- тем на основе микропроцессоров и микро-ЭВМ. При этом предполагалось получить качественно новую аппаратуру с более высокими показателями на- дежности и производительности, существенно сократить ее габариты – мас- су, энергопотребление, уменьшить стоимость и сделать возможным исполь- зовать вычислительные системы в качестве встраиваемых элементов различ- ных систем обработки данных и управления. Разработки таких вычислитель- ных систем велись широким фронтом. Их многообразие можно разделить на три большие группы:
1.Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы класса МКМД, использующие классические структуры, наработанные для этого класса систем.
2.Многомашинные вычислительные системы с общедоступной памя- тью всех ЭВМ.
3.Многомашинные вычислительные системы с общедоступным полем оперативной памяти.
Рассмотрим все три указанные группы.
Первая группа разработок
Больше всего проектов было посвящено созданию многопроцессорных вычислительных систем с огромным числом процессорных элементов. На- пример, в СССР разрабатывалась многопроцессорная вычислительная систе- ма «Гиперкуб», которая должна была содержать до 10000 процессорных эле- ментов. Американцы создавали многопроцессорную систему Solomon, со- держащую 1024 процессорных элемента. И так далее подобных разработок.
Все разрабатываемые системы должны были обладать супернадежностными характеристиками и миллиардными производительностями. При этом ожи- дались небольшие габариты, масса, энергопотребление и т.д. Создать в то время эти системы не удалось в основном из-за неготовности к этому всего человечества.
Велись разработки и многомашинных вычислительных систем, естест- венно на новой элементной базе и естественно более эффективных, чем те, которые существовали в то время в единичных образцах. При этом были ус- пехи, правда, при ограниченном количестве ЭВМ и при решении потока сравнительно коротких задач. Из-за указанных ограничений от широкомас- штабного применения данных разработок отказались.
Так было «похоронено» направление работ, отнесенных нами к первой группе. Более успешными оказались разработки, отнесенные нами ко второй и третьей группам, вычислительные системы которых представляли собой комбинацию многомашинных и многопроцессорных систем.
36
Вторая группа разработок
Основная идея вычислительных систем этой группы очень проста: па-
мяти всех ее ЭВМ должны быть доступны каждой из вычислительных машин (рис. 27). При этом каждая из ЭВМ имеет все свои необходимые ресурсы для решения задач и управляется своей собственной ОС.
Рис. 27
ШМС – шина межспарочная ШС – шина спарки ШЭВМ – шина ЭВМ
ЛК – локальный коммутатор ПК – процессор коммутационный
Общедоступность памятей дает новое качество вычислительной систе- ме: возможность их использования для решения на нескольких ЭВМ одной большой задачи, затрачивая при этом минимальное время на обмен инфор- мацией (принцип «почтового ящика»). По схеме рис. 27 построены наша и американская вычислительные системы СМ. Основным их элементом явля- ются микро-ЭВМ (ЭВМ1 и ЭВМ2), включающие в свой состав процессор, устройства ввода-вывода, память и устройства для работы оператора. Все они объединены общей шиной ШЭВМ, на которой работает локальный ком- мутатор, управляемый процессором. Все локальные коммутаторы объедине- ны шиной спарки. В вычислительной системе применены несколько спарок, которые объединены шинами межспарочными. Взаимодействующими этих
спарок обеспечивается быстродействующими процессами коммутации с
37
микропрограммным управлением . Эти же процессоры одновременно управ- ляет и шинами спарки. В такой вычислительной системе каждый процессор имеет доступ к памятям всех ЭВМ, естественно с разной задержкой: мини- мальной при обращении к собственной памяти, средней при обращении к
памяти второй ЭВМ спарки и максимальной при обращении к памяти ЭВМ других спарок. Такая вычислительная система, как следует из рис. 27, струк- турно многомашинная, а общедоступная память ЭВМ превращает ее и в мно- гопроцессорную, что позволяет использовать лучшие качества этих обоих типов систем класса МКМД.
Третья группа разработок
Принцип построения вычислительной системы с общим полем опера- тивной памяти приведен на рис. 28, на котором представлена структура аме- риканской системы CmmP.
Рис. 28
МП – модуль памяти ТА – транслятор адреса
ПУ – периферийные устройства КМ – коммутатор матричный
С помощью коммутатора 16х16 к любой из шестнадцати ЭВМ может подключаться один из модулей памяти (МП), входящий в общую для всех ЭВМ оперативную память. Обращение ЭВМ к общей памяти осуществляется через специальный транслятор адреса (ТА), причем, очень скоростной (за- держка в нем не превышает 250 нсек). Каждая ЭВМ при этом имеет и собст- венную память (ОЗУ), емкость которой определяет емкость страницы в об- щем поле оперативной памяти. Кроме связи ЭВМ через общее поле памяти,
38