Har qanday ko‘p protsessorlik hisoblash tizim arxitekturasining asosida shu hisoblash tizimining komponentlaii o‘rtasidagi axborot almashuviga boigan imkoniyati yotadi

Har qanday ko‘p protsessorlik hisoblash tizim arxitekturasining asosida shu hisoblash tizimining komponentlaii o‘rtasidagi axborot almashuviga boigan imkoniyati yotadi. Hisoblash tizimining kommunikatsiya tizimi tarmoqdan iborat boiib, ularning tugunlari axborot uzatish yoilari bilan bogiangan - kanallar orqali. Tugunlar sifatida protsessorlar, xotira modullari, kirish-chiqish qurilmalari, kommutatorlar yoki bir necha sanab o‘tilgan qurilmalaming guruhga birlashtirilganlari bo‘lishi mumkin. Hisoblash tizimining ichki kommimikatsiyalarini tashkillashtirilishi topologiya deb ataladi. Tarmoqning topologiyasini o‘zaro ulanishlarini (TO‘U) ko‘p kanallar S bilan bog‘langan tugunlaming N ko‘pligi belgilaydi. Odatda tugunlar o‘rtasidagi aloqa ikki nuqtali sxema (point-to-point) orqali amalga oshiriladi. Aloqa kanallari bilan bog‘langan xohishiy ikki tugunni qo ‘shni tugunlar deb ataladi. Har bir kanal s = (ж, у) E С bitta tugun-manbani (source node) x bitta qabul qilish-tugunini (recipient node) у ulaydi, bu yerda x, у e N. Kanalning s boshlanishi boiib xizmat qilayotgan tugun-manbai, uni ss deb belgilanadi, qabul qilish-tugunini esa tugashi - kanalning ikkinchi uchi - rc kabi belgilanadi. Ko‘pincha tugun juftligi ikkita kanalni har bir yo‘nalishni bittadan ulaydi. Kanal s = (x,y) quyidagi ko‘rsatgichlar bilan ifodalanadi: « eni ( wc yoki wx< > lislu mumkin. Bevosita bog ‘lanishli (direct networks) tarmoqlarda b u bir lui'un bir vaqtning o‘zida terminalli tugun va shuningdek I nmmiHalor hamboiishi mumkin va ma’lumotlar terminalli tugunlar ч i i.r.ula lo‘g‘ri uzatiladi. Bilvosita bog‘lanishli (indirect networks) I,и moqlaida tugun terminalli yoki kommutator boiishi mumkin, линю ikkisi bir vaqtda bo‘lishi mumkin emas, shuning uchun m. 1 Itmiollar ajratilgan ulovchi tugunlar yordamida uzatiladi. Yana liumlav (opologiyalar ham borki, ularni bevosita bog‘lanishli inpolo)>iyaj>a ham kiritib boimaydi bilvosita bogianishli iopnlo|'.iv:\r,a ham kiritib bo‘lmaydi. Har qanday to‘g‘ri topologiyani liilvo-.iia ko'iinishda ifodalash mumkin, har bir tugunni ikkiga 111 iiili 1 1 u1111 к111 terminali tugun va kommutatsiyali tugun. .......... i<> )■ и laiinoqlar aynan shu tariqa joriy etiladi - kom- ■ 11111 .1 1 .>iin innnnalli iu)>iiii(lan apatiladi va ajratilgani yo‘naltirgichga |i>vla'.)iiniladi 1o)- ii iam(H|larnmg asosiy afzalligi shundan ilmialki, kommiilaloi о /, tiigumnmg terminal qisimi resurslarini i .lilalislu mumkin I annoq ulamshlarining uchta muhimyo‘nalishlari quyidagilar: • smxronlashtirish strategiyasi; • kommutatsiya strategiyasi; • boshqarish strategiyasi. I armoqdagi amallami ikki sinxronlashtirish strategiyasi - bu stnxron va asinxron bo‘lishi mumkin. Sinxron topologiyali o‘zaro ulanishlarda (TO‘U) barcha xatti-harakatlar vaqt bilan qat’iy niosl;ishtirilgan, bu yagona takt impulslar generatori tomonidan la'minlanadi va uning signallari barcha tuganlarga bir vaqtda 101 uzatiladi. Asinxron tarmoqlarda yagona generator yo‘q, sinxronlashtirish vazifasini tizim bo‘ylab taqsimlangan, tarmoqning turli qismlarida ko‘pincha mahalliy takt impulslar generatori ishlatiladi. Tanlangan kommutatsiya strategiyasiga qarab tarmoqlami ikki turi mavjud: ulanishlami kommutatsiyalovchi tarmoqlar va paketlami kommutatsiyalovchi tarmoqlar. Birinchi variantda ham va ikkinchi variantda ham axborot paket shaklida uzatiladi. Paket bu bitlar guruhi boiib, uni belgilash uchun shuningdek xabar atamasi ham ishlatiladi. Ulanishlami kommutatsiyalovchi tarmoqlarda tarmoqni kommutatsiyalash elementlarini tegishli ravishda o‘matish orqali tugun-manbadan to qabul qilish-tugunigacha uzatilayotgan paket belgilangan joyigacha yetib borguncha saqlanuvchi yoi hosil qilish mumkin. Ma’lum juft tugunlar o‘rtasida xabarlami uzatish har doim bir xil yo‘nalish orqali amalga oshiriladi. Paketlami kommutatsiyalovchi tarmoqlarda xabarlar mustaqil ravishda belgilangan joyiga o‘zi yoi topadi deb tasawur etiladi. Ulanishlami kommutatsiyalovchi tarmoqlardan farqli, xabar uzatiladigan joyidan belgilangan joyigacha boigan yo‘nalish har gal turlicha boiishi mumkin. Paket tarmoq tugunlaridan ketma-ket o‘tadi. Navbatdagi tugun qabul qilingan paketni o‘zining axborotlarni vaqtincha saqlovchi buferida saqlaydi, uni tahlillaydi va uni keyinchalik nima qilish kerakligi haqida xulosa chiqaradi. Tarmoqning yuklanganligiga qarab paketni zudlik bilan keyingi tugunga va uni keyingi yo‘nalishi yetib borishi kerak boigan joyiga uzatish mumkinligi haqida у echim qabul qilinadi. Agarda paketning keyingi tugunga o4 tishi uchun boiishi mumkin boigan barcha yo‘nalishlar band boisa, tugun buferida paketlaming navbati hosil boiadi, u tugunlar o‘rtasidagi aloqa yoii bo‘shashi bo‘yi°ha “shimilib ketadi” (agarda navbat yana yigilib boraversa, yo‘naltirish strategiyasiga asosan “dumni tashlab yuborish” (tail drop) deb ataluvchi hodisa sodir boiishi mumkin, yangi kelayotgan paketdan voz kechish). Tarmoqning topologiyasini o‘zaro ulanishlarini (TO‘U) turlarga ajratishda yana boshqarishni tashkillashtirishni hisobga olgan holda ham amalga oshirish mumkin. Ba’zi tarmoqlarda, ayniqsa ulanishlami kommutatsiyalovchi tarmoqlarda markazlashtirilgan boshqaruv qabul qilingan (3.3 - rasm.). Protsessorlar yagona boigan tarmoq kontrollyoriga xizmat ko‘rsatilishiga so‘rov jo‘natadilar, u so‘rovlami 102 I >erilgan ustunliklarini hisobga olgan holda kerakli yo‘ nalishni o‘rnatadi. Ushbu turga shina topologiyasiga ega tarmoqni kiritish mumkin. I’rotsessorli matritsalar ham shuningdek markazlashtirilgan boshqaruv tarmog'i kabi, markaziy protsessor signali orqali boshqarish amalga oshiriladi. Keltirilgan sxemani paketlami kommutatsiyalovchi tarmoqlarga ham tatbiq etilishi mumkin. Ko‘pchilik ishlab chiqarilayotgan XT ham boshqarishning shu turiga ega Markazlashtirilmagan boshqarish sxemasida boshqarish vazifasini tarmoq tugunlariga taqsimlab berilgan. Markazlashtirilgan boshqaruv vanantini joriy etish osonroq, lekin tarmoqni kengaytirish bu holda ancha qiyinchiliklar bilan bog‘liq. Markazlashtirilmagan tarmoqda qo'shimcha tugunni kiritish masalasi ancha oson, biroq bunday tarmoqlarda tugunlaming muloqot masalasi ancha mushkul.

Qator tarmoqlarda tugunlararo aloqa ko‘p kommutatorlar orqali amalga oshiriladi, lekin bitta kommutator orqali ham amalga oshirilgan tarmoqlar mavjud. Ko‘p sonli kommutatorlaming mavjudligi xabarlami uzatilish vaqtini oshishiga olib keladi, lekin oddiy ulash elementlarini ishlatish imkonini beradi. Bunday tarmoqlami odatda ko‘p bosqichli shaklda quriladi. 103 Tarmoq topologiyasini tanlashdagi asosiy masala bu axborotlarni yo‘naltirish, ya’ni xabar uzatiladigan navbatdagi tugunni tanlash qoidasidir. Yo‘naltirishning asosi boiib tugunlaming manzillari xizmat qiladi. Tarmoqdagi har bir tugunga noyob manzil beriladi. Shu manzillardan kelib chiqqan holda, aniqrogi ularning ikkilik tizimidagi ifodasidan, statik topologiyalarda tugunlarni ulash amalga oshiriladi yoki dinamik topologiyalarda ularni kommutatsiyalash amalga oshiriladi. Aslida, qabul qilingan qo‘shni tugunlar manzil - larining ikkilik kodlarini o‘rtasidagi moslik tizimi - axborotlarni yo ‘naltirish vazifasi - tarmoq topologiyasini aniqlab beradi. Har bir tugun xohishiy boshqa tugun bilan bogiangan boisa bunday topologiyani to‘liq bog‘langan topologiya deyiladi (3.4,arasm). Bunday topologiya eng yuqori unumdorligi bilan ajralib turadi, lekin moslashuvchanligi chegaralangan va narxi qimmat. Agarda tizim n tugundan iborat boisa, u holda har bir tugun n - 1 bogianishga ega boiishi kerak, toiiq bogiangan topologiyada bogianishlaming umumiy soni n (n - l)/2 ga teng. Ko‘pchilik holda loyihalashtiruvchilarning moliyaviy resursi boimaganligi tufayli bu topologiyani joriy eta olmaydilar.

Agarda topologiyada qaysidir ikki tugun o‘rtasidagi bogianish boimasa, bunday topologiya to'liq boimagan bog lanishli topologiya hisoblanadi. Toiiq boimagan bogianishli topologiyaning ko‘p variantlari mavjud. 3.4, b - g - rasmda toiiq boimagan bogianishli asos topologiya tasvirlangan, ulardan amaliyotda ishlatiladigan topologiyalar hosil qilinadi. 3.4,b - rasmda umumiy shinali topologiya tasvirlangan, u soddaligi va arzonligi bilan ajralib turadi. Shu bilan bir qatorda uning ishonchliligi past, xohishiy bir tugunni ishdan chiqishi butun tizimni ishdan chiqishiga olib keladi. Undan tashqari shina topologiyasida 104 har bir yangi ulangan tugun shinaning umumiy o‘tkazish xususiyatini kamaytiradi, bu moslashuvchanligini yomonligidan dalolatdir. 3.4, d - rasmda halqa turidagi topologiya keltirilgan, u umumiy shinali topologiyani rivojlantirilganidir. Ikki uchi ulangan shinadan halqa hosil qilingandir, shuning uchun shinadagi afzalliklar va kamchiliklaming barchasi halqa topologiyasida ham mavjuddir. Afzalligi ancha yuqori tezlikka egaligida, sababi axborotni ikki tarafga uzatish imkoniyati borligida va ancha qisqa yo‘lni tanlash mumkunligidir. Asosiy topologiyalardan yana bittasi - yulduz turidagi topologiya 3.4,e-rasmda tasvirlangan. Tizimdabittamarkaziy tugun tanlanadi, u barcha qolgan tugunlar bilan alohida bog‘lanishga ega. Har qanday boshqa tugun faqat markaziy tugun bilan bog‘langan. Bunday topologiya umumiy shina yoki halqa topologiyasiga nisbatan ancha yuqori ishonchlilikka ega, lekin unda markaziy tugunning unumdorlik va ishonchlilik ko‘rsatgichlariga ancha yuqori talablar qo‘yiladi, chunki u tizim uchun eng nozik joy hisoblanadi. Aniq tizimlarda topologik bog‘lanishlarni tanlash turli talablar bilan asoslanadi: narxi, ishonchliligi, unumdorligi va hokazo. Shuning uchun kommutatorlarga va uning asosida qurilgan topologiyalarga yuqori o‘tkazish xususiyat, yaxshi moslashuvchanlik, yaxshi narx va hokazolar ziddiyatli talablar qo‘yiladi. Topologiyalami juda ko‘p sonli variantlari mavjud, masalan, 3.5,a-rasmda ikki o‘lchamli panjara turidagi topologiya tasvirlangan, u Intel Paragon tizimida ishlatilgan. Uning tabiiy rivojlantirilgani ikki o‘lchamli tora (3.5,b-rasm)

Dolphin Interconnection Solution kompaniyasining hisoblash tizimidajoriy etilgan. Ikki o‘lchamli panjaradan ikki o‘lchamli toraga o‘tish xuddi umumiy shinadan halqaga o‘tish kabi, panjaraning har bir aloqa yo‘lini tutashtirib halqa qilish orqali amalga oshiriladi. 3.5,d-rasmdayanabitta qiziq topologiyaga misol keltirilgan - ikkilik to ‘r to ‘Ichamli giperkub. Ikki o‘lchamli giperkub - bu oddiy kvadrat (to‘rtta tugundan iborat boigan), uch oichamli - bu odatdagi kub sakkizta tugunli. Umumiy holda bu topologiyada n-oichamli giperkub 2n tugundan iborat, unda har bir tugun eng yaqin tugun bilan n oichamning har biri bilan bog‘langan. Ikkilik tizimda bogianishda qatnashayotgan har bir tugun nomeri boshqa xohishiy tugun nomeridan faqat bittabittadan farq qiladi, bu esa tizimning to‘Iiq simmetrikligini va hisoblash matematikasining ko‘p masalalarini oddiy joriy etilishini ta’minlaydi. Bu topologiyadagi tizimiar ma’lum va ularda 65 536 tugun mavjud.

Hozirgi vaqtda turli belgilarga asoslangan va turli qirqimdagi parallel hisoblash tizimlarining turlanishi mavjuddir. Bu M.Flin, R.Xokni, T.Fenga, V.Xendler va ba’zi boshqalar taklif etganlar. Bu turlanishlarning batafsil bayonini [1] adabiyotdan topishingiz mumkin. Ko‘pchilik mutaxassislar tomonidan ma‘qullangan va qaysidir ma’noda asos bo‘lib qolgan turlanish sxemasi bu 1966-yili Maykl Flin tomonidan qilingan taklif. U ma’lum uchrab turadigan tushuncha buyruqlar oqimi va axborotlar oqimiga asoslanadi. Protsessorli element tushunchasi kritilganligi munosabati bilan buyruqlar oqimini dasturning buyruqlar ketma-ketligi deb nomlaymiz va uni hisoblash tizimining alohida protsessorli elementi tomonidan amalga oshiriladi. Axborotlar oqimini esa axborotlar ketma-ketligi deb ataymiz, uni alohida protsessor elementi tomonidan ishlov berish uchun chaqiriladi. Agarda hisoblash tizimining turli protsessor elementlari tomonidan bajariladigan buyruqlar soni bittadan ko‘p boisa, u holda buyruqlar oqimini ko‘p deb nomlanadi. Agarda hisoblash tizimi da ishlov berishning bitta bosqichida turli protsessor elementlariga 106 beriluvchi bittadan ko‘p operandalar to‘plami boisa, u holda axborotlar oqimi ko‘p deb nomlanadi. Flin turlanishini muhokama qilish uchun bizga ba’zi tushunchalar kerak bo‘ladi. Umumiy tashqi xotira va umumiy dasturiy ta’minotga ega bo‘lgan bitta yoki bir necha xonada joylashgan kompyuterlardan iborat hisoblash tizimini bilvosita sust bog‘1angan ko‘p mashinali tizim deb ataladi (3.6-rasm). Kompyuterlararo ulanishlar magnit disk yoki magnit tasma orqali amalga oshiriladi. Har bir mashina o‘zining amaliyot tizimi yordamida ishlaydi. Bilvosita aloqali arxitekturalardagi tizimlarda yuqori tayyorlik va ishonchlilik ta’minlanadi.

Agarda hisoblash tizimlaridagi kompyuterlar tarmoq adapterlari va/yoki kirish-chiqish kanallari orqali ulangan boisa, u holda bu tizimni bevosita sust bog‘langan ko‘p mashinali tizim deb ataladi (3.7-rasm). Har bir mashina o‘zining operatsion tizimi yordamida ishlaydi. Odatda, bevosita sust bogiangan arxitekturali tizimlarda kompyuterlardan biri tezligi past tashqi qurilmalar bilan ishlashni ta’minlashga ixtisoslashtiriladi ikkinchisi esa yuqori tezlikdagi markaziy hisoblash vositasi boiib xizmat qiladi. Bilvosita va shuningdek bevosita sust bogianishlar past bogianishlar hisoblanadi.

Hisoblash tizimining ikki va undan ortiq protsessorli elementlaming umumiy operativ xotira orqali va boiishi mumkin umumiy tashqi qurilma orqali ulanishi kuchli yoki yuqori deb ataladi (3.8-rasm). Kuchli bogianishli protsessorlar umumiy operatsion tizim boshqaruvi ostida ishlaydi. Kuchli aloqa nafaqat yuqori tayyorlik va ishonchlilik ta’minlanadi, u у ana unumdorlikni ham ta’minlaydi. Yana bir bor takrorlab o‘tamiz, sust bogiangan arxitekturali hisoblash tizimi - ko‘p mashinali hisoblanadi, kuchli bogiangan arxitekturali hisoblash tizimi esa ko‘p protsessorli hisoblanadi.

Flin turlanishi (3.9- rasm) quyidagi belgilarga asoslangan: 1. Hisoblash tizimining markaziy qisimida bittali (BB) yoki ko‘p buyruqlar (KB) oqimi. 2. Hisoblash tizimining markaziy qismida bittali (BA) yoki ko‘p (KA) axborotlar oqimi. 3. Hisoblash tizimining markaziy qismida so‘zlab (S) yoki razryadlab (R) ishlov berish usuli. 4. Hisoblash tizim komponentlarining past (P) yoki yuqori (YU) bogianishligi. 5. Hisoblash tizimining asosiy komponentlarini bir turdaligi (Bt) yoki bir turda emasligi (Bte). 4 6. Hisoblash tizimidagi ichki bogianishlar turi: tashqi xotira orqali (X), kirish/chiqish kanallar orqali (Ka), “protsessorprotsessor” turidagi bogianish (P), umumiy shina orqali (Ush), kommutator orqali (Kom).

M. Flin turlanishida hisoblash tizimining turlash guruhini aniqlash uchun qisqa formuladan foydalaniladi, turning har bir bosqichidan faqat bitta belgilanishdan iborat boigan. Belgilashlar tartibi yuqori bosqichdan quyi bosqichga qarab joylashtiriladi. Birinchi uchta bosqichdan keyin qiyshiq chiziq yoziladi. Masaian, KBKAS/YUBtKom formula bilan markaziy qismida ko‘p buyruqlar oqimli va ko‘p axborotlar oqimli, so‘zli ishlov berish, yuqori darajada bogiangan, bir turdagi va protsessor elementlari va xotira modullari kommutator orqali ulangan hisoblash tizim. Flinning turlarga ajratish sxemasining ba’zi belgilari hozirgi vaqtda amaliyotda qoilanilmaydi. Shuning uchun 3.9-rasmda bu turlashning faqat zamonaviy hisoblash tizimlari uchun ishlatiladigan qisimi qoldirilgan holda berilgan.