В основу класифікації багатопроцесорних обчислювальних систем (МВС), апропонованої Ф.Г. Енслоу, покладені різновиди топології сполучної мережі та методи її роботи, що визначають метод з'єднання апаратних модулів вєдину багатопроцесорну обчислювальну систему. Ця класифікаціявраховуєступіньпаралельностіпотоківінформаціїступіньіможливістьодночасноїроботимодулівМВС. Передбачається, що МВС зосереджена в одному місці таким чином, що відстані між окремими її модулями дозволяють передавати інформацію зі швидкістю, узгоджується з продуктивністю процесорів іпропускною спроможністю решти елементів.
Згідно класифікації Ф.Г. Енслоу існує кілька типів структурної організації МПВК:
- з загальною шиною;
- З перехресною комутацією;
- багатовхідні ОЗУ;
- Асоціативні;
- Матричні і векторні, з конвеєрною обробкою.
З загальною шиною.
У комплексах із загальною шиною проблема зв'язків всіх пристроїв між собою вирішується вкрай просто: всі вони з'єднуються загальною шиною, виконаної у вигляді сукупності проводів або кабелів, по яких передаються інформація, адреси і сигнали управління (рис. 7 а). Інтерфейс є односвязного, тобто обмін інформацією в будь-який момент часу може відбуватися тільки між двома пристроями. Якщо потреба в обміні існує більш ніж у двох пристроїв, то виникає конфліктна ситуація, яка вирішується за допомогою системи пріоритетів і організації черг у відповідності з цим. Зазвичай функції арбітра виконує або процесор, або спеціальний пристрій, який реєструє всі звернення до загальної шини і розподіляє шину в часі між усіма пристроями комплексу.
Безперечні достоїнства структури із загальною шиною - простота, в тому числі зміни комплексу, додавання або вилучення окремих пристроїв, а також доступність модулів ОЗУ для всіх інших пристроїв. Наслідком усього цього є досить низька вартість комплексу.
З перехресною комутацією.
Мультипроцесорні системи, побудовані за принципом здійснення зв'язків між модулями за допомогою "прямокутної решітки" з'єднувальних шин, які можуть контактувати в будь-якій точці їх перетину, називають системами з перехресної комутацією (рис 2.1).
Така організація системи дозволяє встановлювати контакт між будь-якими двома блоками системи на весь час обміну інформацією. На відміну від комутації з тимчасовим поділом, реалізованим в системах із загальною шиною, розглянутий метод перемикання зв'язків часто називають комутацією з просторовим розділенням.
Перехресний комутатор є "неблокірующіх" в тому сенсі, що передача через нього може бути заборонена через відсутність шляхів передачі. Існує можливість встановити одночасно декілька шляхів передачі інформації в системі. У той же час слід мати на увазі, що комутатор може бути заблокований, якщо одне з з'єднуються пристроїв вже зайнято.
У МПВК з перехресної комутацією немає конфліктів через зв'язки, залишаються тільки конфлікти через ресурсів. Можливість одночасної зв'язку декількох пар пристроїв дозволяє домагатися дуже високої продуктивності комплексу.
Крім того, до переваг структури з перехресної комутацією можна віднести простоту і уніфікованість інтерфейсів всіх пристроїв, а також можливість вирішення всіх конфліктів у комутаційної матриці. Важливо відзначити і те, що порушення якийсь зв'язку призводить не до виходу з ладу всього комплексу, а лише до відключення якого пристрою, тобто надійність таких комплексів досить висока. Однак і організація МПВК з перехресної комутацією не вільна від недоліків.
МПВК з багатовхідних ОЗУ.
Як і системи, описані в попередньому параграфі, мультипроцесори з багатовхідних пам'яттю використовують кілька шляхів одночасної передачі інформації (рис. 3.1). Така топологія схеми з'єднань економічніша, ніж конфігурація з перехресним комутатором, так як в ній, взагалі кажучи, менше точок, в яких можуть виникати конфлікти, потребують дозволу. Модулі пам'яті в мультипроцесорах даного типу повинні мати по кілька входів.
Крім того, блоки пам'яті повинні бути забезпечені логічними схемами, призначеними для вирішення конфліктів, у тих випадках, коли кілька процесорів або зовнішніх пристроїв вимагають одночасного доступу до одного і того ж модулі оперативної пам'яті. Таким чином, в системах з багатовхідних пам'яттю кожен модуль пам'яті повинен ідентифікувати і обробляти запити на доступ до певних осередків пам'яті. Пристрій керування пам'яттю при цьому вирішує конфлікти при одночасному зверненні і повідомляє звернувся до модуля пам'яті пристрою системи, що йому дозволено доступ до даного модулю.
Максимально можлива конфігурація в мультіпроцессорax розглянутого типу обмежена числом входів модулів пам'яті Нарощування дан. ної конфігурації можливе шляхом використання мультиплексорів на вході модулів оперативної пам'яті, проте швидкість передачі даних в такій системі не вище швидкості передачі при відсутності мультиплексорів.
Асоціативні НД
Поняття "асоціативна система" означає, що обробка даних в системі може проводитися не тільки звичайними засобами адресації, що вказують на місце розташування одиниць інформації в пам'яті, але і шляхом ідентифікації і вибору даних по їх утриманню. Структура такої обчислювальної системи грунтується на використанні асоціативної пам'яті, додаткова логіка якої забезпечує адресацію слів за змістом.
Отже, високий ступінь паралельності обробки може бути досягнута тоді, коли однойменні операції виконуються одночасно над усім безліччю містяться у виділеному полі асоціативної пам'яті слів. Для цього до складу асоціативної обчислювальної системи вводяться обробні елементи, що реалізують арифметичну і логічну обробку інформації. Спрощена структура зв'язки асоціативна пам'ять - оброблювальні елементи (ОЕ) представлена на ріс.4.1.
Досягнення найвищого ступеня паралельності обробки можливо, коли число ОЕ відповідає числу оброблюваних слів. При цьому, якщо вони (слова) обробляються послідовно поразрядно, то в поточний момент часу елементи (ОЕ) обробляють розрядний зріз всіх слів даних.
Матричні системи.
Система містить 1024 ПЕ, з'єднаних у вигляді матриці 32х32. Кожен ПЕ в матриці з'єднаний із чотирма сусідніми і включає в себе процесор, що забезпечує виконання послідовних порозрядних арифметичних і логічних операцій, а також оперативне ЗУ ємністю 16 кбіт, розбите на модулі по 4 кбіт кожен. Довжина слова змінна - від 1 до 128 розрядів. Розрядність слів встановлюється програмно. По каналах зв'язку від УУ передаються команди та загальні константи. В ПЕ використовується так звана многомодальная логіка, яка дозволяє кожному ПЕ виконувати (тобто бути активним) або не виконувати (бути пасивним) загальну операцію в залежності від значень оброблюваних даних.
Мода (або модальність) заноситься в цей регістр від УУ. При виконанні послідовності команд модальність передається в коді операції і порівнюється з вмістом регістра моди. Якщо є збіг, то операції виконується. В інших випадках ПЕ не виконує операцію, але може в залежності від коду пересилати свої операнди сусіднього ПЕ. Такий механізм дозволяє, зокрема, виділити рядок або стовпець ПЕ, що може бути корисним при операціях над матрицями.Взаємодіють ПЕ з периферійним обладнанням через зовнішні ПЕ.
