Многомашинные вычислительные системы
Многомашинные вычислительные системы (ММВС), или комплексы, появились исторически первыми. Уже при использовании ЭВМ ранних поколений возникла проблема обеспечения необходимой надежности и достоверности вычислений.
С этой целью стали применяться комплексы, содержащие, по крайней мере, две ЭВМ, каждая из которых работает под управлением собственной операционной системы. При возникновении отказа в одной из ЭВМ обработка информации может быть продолжена на другой. Надежность такого вычислительного комплекса, естественно, повышается. Однако его производительность ограничена динамическими характеристиками межмашинного обмена данными, а в конечном счете - динамикой взаимодействия между собой операционных систем.
На рис. 12.2 схематически показан двухмашинный вычислительный комплекс, состоящий из ЭВМ 1 и ЭВМ 2. Каждая ЭВМ управляется своей операционной системой ОС, содержит процессор Пр, оперативную память ОП и периферийные устройства ПУ, подключаемые с помощью каналов ввода - вывода КВВ. Обмен данными между ЭВМ осуществляется через системные средства обмена ССО, реализующие требуемое взаимодействие их операционных систем.
В зависимости от характера связей между ЭВМ многомашинные ВС делятся на три типа: косвенно - связанные, прямо - связанные и сателлитные.
В косвенно -, или слабо - связанных, комплексах связь между ЭВМ осуществляется только на информационном уровне. Каждая ЭВМ помещает в общую внешнюю память информацию, руководствуясь собственной программой, а другая или другие ЭВМ могут пользоваться этой информацией, исходя из своих потребностей. Хранение данных в общей внешней памяти используется в тех случаях, когда требуется повысить надежность комплекса путем резервирования ЭВМ. Если комплекс содержит две ЭВМ -, то одна из них является основной, другая - резервной. При этом основная ЭВМ выдает на выход результаты и постоянно оставляет во внешней памяти всю информацию, необходимую для продолжения решения задачи с любого момента времени. Резервная ЭВМ находится в состоянии ожидания и может взять на себя выполнение функций основной ЭВМ при выходе последней из строя.
В некоторых случаях возможно резервирование в так называемом нагруженном режиме, когда обе ЭВМ, и основная, и резервная, решают одновременно одни и те же задачи. При этом результаты выдает основная ЭВМ, а в случае
246
выхода ее из строя результаты начинает выдавать резервная ЭВМ. Это повышает надежность комплекса и достоверность выдаваемых результатов.
Рис. 2.2. Структура двухмашинного вычислительного комплекса
Существенно более высокой гибкостью в сравнении с косвенно - связанными комплексами обладают прямо -, или сильно - связанные комплексы. В них обычно обеспечивается несколько путей обмена данными, причем каждому из них соответствует тот или иной уровень комплексирования технических средств. Сочетание различных уровней и методов обмена данными между модулями системы наиболее полно представлено в универсальных супер - и больших ЭВМ, в которых сбалансированно использованы все возможности для достижения высокой производительности, необходимой надежности, а также гибкости и адаптируемости к конкретным условиям применения. В таких машинах используются следующие уровни комплексирования (рис. 12.3):
- - прямого управления (процессор - процессор);
- - общей оперативной памяти (ООП);
- - комплексируемых каналов ввода - вывода через адаптер канал - канал (АКК);
- - устройств управления внешними запоминающими устройствами (УУВЗУ);
- - общих периферийных устройств.
247
Связь через ООП, благодаря прямому доступу к ней процессоров ЭВМ, обладает более высоким быстродействием по сравнению с информационным обменом через внешние запоминающие устройства (ВЗУ). По каналу прямого управления связь между процессорами может быть не только информационной, но и командной, когда один из процессоров управляет действиями другого. Межканальная связь с помощью адаптеров канал - канал, подобно связи через ООП, обладает достаточно высоким быстродействием, а с точки зрения передачи больших информационных массивов эквивалентна косвенной связи через ВЗУ. Комплексирование периферийных устройств используется достаточно редко, в основном, в тех случаях, когда в качестве таких устройств используется специальное дорогое оборудование.
Рис. 12.3. Уровни и средства комплексирования ЭВМ в составе ММВС
Сателлитные ЭВМ отличаются, в основном, не способом организации межмашинной связи, а самим принципом взаимодействия ЭВМ. Связи в сателлитных комплексах обычно осуществляются через АКК. Особенностью сателлитных ММВС является то, что в них существенно различаются ЭВМ по своим характеристикам (неоднородные ВС), а также имеет место
248
определенная соподчиненность ЭВМ и каждая из них выполняет различные функции. В такой системе (рис. 12.4) имеется центральная, как правило, высокопроизводительная ЭВМ и одна или несколько сателлитных, менее производительных ЭВМ, выполняющих ввод - вывод и предварительную обработку информации. Обмен данными между центральной и сателлитными ЭВМ осуществляется через коммутатор.
Рис. 12.4. Структура ММВС с сателлитными ЭВМ
ММВС могут быть реализованы также на базе ЭВМ, использующих для обмена данными с ПУ не специализированные каналы ввода - вывода, а интерфейс типа "Общая шина". На рис. 12.5 показана схема комплекса, состоящего из двух ЭВМ с общими шинами ОШ 1 и ОШ 2.
Взаимодействие ЭВМ 1 и ЭВМ 2 между собой обеспечивается адаптером межмашинной связи (АМС). Кроме того, имеется также дополнительная общая шина ОШ 3, связанная с ОШ 1 и ОШ 2 переключателем ПОШ и позволяющая процессору любой ЭВМ обращаться к общесистемным периферийным устройствам ПУЗ.
249
Рис. 12.5. Двухмашинный вычислительный комплекс на базе ЭВМс общими шинами
Дальнейшее качественно новое развитие получили многомашинные вычислительные комплексы с применением микропроцессорной техники. Такие комплексы содержат достаточно большое количество малогабаритных микроЭВМ, объединенных межмашинной общей шиной ММОШ (рис. 12.6). Подключение ЭВМ; к ММОШ осуществляется через системные переключатели СПi.
Еще более сложная мультипроцессорная система может быть образована на базе так называемых кластеров, каждый из которых представляет собой многомашинный комплекс из ЭВМ1, ..., ЭВМi (подобный на рис. 12.6), объединенных общей межмашинной шиной.Некоторое число таких кластеров объединяются и взаимодействуют между собой через общую межкластерную шину.
Управление вычислительными процессами в любой вычислительной системе осуществляют операционные системы. Применительно к многомашинным комплексам операционные системы являются относительно простыми и создаются в качестве надстройки операционных систем отдельных ЭВМ. При этом учитывается гот факт, что для каждой ЭВМ другие играют роль некоторых внешних устройств, и их взаимодействие осуществляется по соответствующим интерфейсам, имеющим унифицированное программное обеспечение.
250
Рис. 12. 6. Структура мультимикропроцессорноговычислительного комплекса
251
246 :: 247 :: 248 :: 249 :: 250 :: 251 :: Содержание
