Структура многопроцессорной ВС с общей памятью и ее характеристики

Наиболее перспективным направлением в повышении производительности вычислительных средств является создание вычислительных средств с параллельной обработкой информации и, в частности, многопроцессорных ВС. Одной из главных особенностей этих систем являются использование двух и более процессоров, а также организация работы этих процессоров. Среди многочисленных способов организации вычислений можно выделить следующие основные многопроцессорные структуры:

а) с общей памятью;

б) с индивидуальной памятью.

На рис. 1.20 представлен вариант структуры многопроцессорной ВС с общей памятью.

Рис.1.20

Используются обозначения: Пр – процессор; МП – модуль оперативной памяти (ОП); К – коммутатор на входе ОП; КВВ – контроллер ввода-вывода; ВУ – внешнее устройство; жирными точками обозначены узлы коммутации, обеспечивающие обмен информацией между процессорами, модулями памяти и контроллерами ввода-вывода, N – число процессоров; L – число модулей памяти; M – число контроллеров ввода-вывода.

Особенности работы. Каждый процессор может иметь связь с каждым модулем памяти и работать с ним. Поэтому память выступает как общая для всех процессоров. На входе МП имеется коммутатор (К), который разрешает конфликтные ситуации при одновременном обращении нескольких процессоров к одному МП и участвует в организации обмена информацией между МП, Пр и КВВ. Контроллеры ввода вывода используются для организации обмена информацией между ВУ и МП.

В системе одновременно обслуживается много задач (прикладных программ). Обслуживание каждой задачи может выполняться любым из N свободным процессором. Использование данной архитектуры позволяет обеспечить наиболее равномерную загрузку процессоров.

Для модельного представления данной системы без учета внешних устройств можно использовать многоканальную СМО (рис. 1.21). Для данного случая поступающий через контроллеры ввода-вывода запрос становится в очередь ко всем процессорам (многоканальная СМО), при этом каждый процессор имеет доступ к общей памяти, к любой программе, находящейся в этой памяти, и поэтому может обслуживать любой запрос, если свободен.

Рис. 1.21

Характеристики многопроцессорной ВС с общей памятью.

1) Суммарный входной поток

.

2) Усреднённая трудоёмкость

.

3) Загрузка одного процессора

;

n - длительность обслуживания в одном процессоре;

N - число процессоров.

4) Загрузка N каналов (приборов) многопроцессорной системы

.

5) Вероятность того, что в системе пребывает n заявок.

где P_n – вероятность пребывания в системе n заявок; P₀ - вероятность того, что в системе не находится ни одной заявки; при этом

6) Средняя длина очереди заявок к данной многопроцессорной системе

.

7) Количество заявок в системе (которые находятся в очереди и на обслуживании)

.

8) Среднее время ожидания в очереди каждой заявки

.

9) Среднее время пребывания каждой заявки в системе