Архитектура многопроцессорного компьютера

Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рисунке.

Архитектура с параллельным процессором

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

Проектирование любого устройства (не обязательно компьютера) начинается с разработки некоторых базовых принципов, на которых будет построена вся система. Этот своеобразный фундамент будущей системы принято называть"архитектурой".

Разрабатывая персональный компьютер, сотрудники IBM создали, так называемую, "открытую архитектуру", которая оказалось настолько эффективной, что лежит в основе современных ПК и по сей день. Основополагающие принципы открытой архитектуры следующие:

• конструкция предусматривает возможность расширения системы;

• использование технических решений и технологий не требует лицензионных затрат;

• в процессе эксплуатации возможно изменение базового состава системы самим пользователем.

Такая "самонастраивающаяся" система оказалась очень удачным решением. Посудите сами, поскольку система в начале работы сама может определять свою конфигурацию (какие компоненты в данный момент подключены к системе), то пользователю не составляет большого труда самостоятельно настраивать эту самую конфигурацию. В этом состоит принципиальное отличие IBM-совместимых компьютеров и Macintosh, которые построены на закрытой архитектуре. Т.к., последние содержат фиксированный набор компонентов, а сведения о конфигурации закладываются в систему изготовителем, то для внесения каких-либо изменений пользователь должен обращаться в сервисный центр, который выполнит перенастройку конфигурации. Согласитесь, это довольно неудобно и хлопотно.

Основы открытой архитектуры

• В качестве центрального процессора используются микропроцессоры серии x86 фирмы Intel, их аналоги, а также программно-совместимые с ними процессоры других фирм.

• Система имеет BIOS - программное средство поддержки определенного набора компонентов.

• Регламентирована процедура начального запуска системы.

• Память организована в виде нескольких блоков, имеющих различные свойства.

• Задействован механизм конфигурирования.

• ПК имеет системный реестр и КМОП-память для хранения сведений о конфигурации системы.

• Реализована система прерываний и прямого доступа к памяти.

• Всем устройствам компьютера выделены "свои" адреса.

• Для ввода информации и вывода ее на экран монитора задействована специальная система кодировок.

Следует сказать, что параллельно были разработаны технические нормативы, описывающие конструкцию компьютера, рабочие режимы, протоколы обмена данными. Без разработки подобных норм невозможен был бы подобный успех IBM-компьютеров.