М. М. Мусаев компьютер тизимлари ва тармоқлари

7.3. MIMD синфидаги ҳисоблаш тизимлари

Ҳозирги вақтда MIMD синфи архитектурасига барқарор қизиқиш уйғонган. MIMD – тизими катта эгилувчанликка молик бўлиб, хусусан юқори унумдорли бир фойдаланувчили тизим сифатида ҳам, кўпгина масалаларни параллел бажарадиган кўп дастурли тизим сифатида ҳам ишлаши мумкин. Бундан ташқари, MIMD архитектураси MIMD замонавий микропро­цессор технологиясининг устунлигидан самарали фойдаланишга имкон беради.

MIMD – тизимларда ҳар бир процессор элементи ўзининг дастурини бошқа ПЭ дан етарли даражада алоҳида бажаради. Шунинг билан биргаликда бир – бири билан қандайдир ўзаро алоқа қилишлари керак. Ўзаро алоқанинг бундай усулидаги фарқ MIMD – тизимнинг умумий хотирали тизимга ва тақсимланган хотирали тизимга шартли бўлинишини аниқлайди. Жадал боғланган, деб таърифланадиган умумий хотирали тизимлар, уланиш тармоқлари ёки умумий шина ёрдамида ҳамма процессор элементлари мурожаат қилиши мумкин бўлган маълумотларнинг ва буйруқларнинг умумий хотирасига эга. Бу турга, хусусан SMP симметрик мультипроцессорлар ва NUMA хотирага бевосита мурожаат қилувчи тизимлар киради.
Тақсимланган хотирали тизимларда ёки заиф боғланган кўп процессорли тизимларда бутун хотира процессор элементлари орасида тақсимланган ва хотиранинг ҳар бир модули фақат “ўзининг” процессорига мурожаат қилиши мумкин. Улаш тармоғи процессор элементларини бир – бири билан боғлайди. Бу гуруҳнинг вакили сифатида оммавий параллеллизмли МРР (Massively Parallel Processing)тизимлар ва кластерли ҳисоблаш тизимлари киради. MIMD – тизимида ҳисоблашнинг таянч модели биргаликда ишлатиладиган маълумотларга камдан – кам мурожаат қиладиган мустақил бўлган процессорларнинг жамланмасидир.
Симметрик мультипроцессор тизимлар.
Яқин вақтгача ҳам ҳамма бир фойдаланувчига мўлжалланган шахсий компьютерлар ва ишчи станциялар битта умумий вазифали процессорларга эга эдилар. Унумдорликка талабларнинг ошиши ва микропроцессорларнинг нархини тушиши билан ҳисоблаш воситаларини таъминловчилар бир процессорли машиналарга альтернатив қилиб, SMP – тизим деб аталувчи симметрик мультипроцессорли ҳисоблаш тизимларини таклиф қилдилар. Бу тушунча ҳисоблаш тизимининг архитектурасига ҳам, бу архитектурали ташкил қилишни акс эттирувчи операцион тизимнинг ўзини тутишига ҳам киради. SMPни қуйидаги хусусиятларга эга бўлган ҳисоблаш тизими сифатида аниқлаш мумкин:
- унумдорлиги бўйича таққослаш мумкин бўлган иккита ва ундан кўп бўлган процессорга эга;
- процессорлар биргаликда асосий хотирадан фойдаланади ва ягона виртуал ва физик манзиллар доирасида ишлайди;
- ҳамма процессорлар ўзаро шина ёрдамида ёки бошқа схема кўринишида боғланган, шунинг учун уларнинг ҳар қайсисининг хотирага мурожаат қилиши бир хил бўлади;
- ҳамма процессорлар киритиш/чиқариш қурилмаларига мурожаат қилишни битта ташқи қурилмага мурожаатни таъминловчи ёки бир хил каналлар орқали, ёки ҳар хил каналлар орқали амалга оширади;
- ҳамма процессорлар бир хил функцияларни бажариш хусусиятига эга (бу билан “симметрик” атамаси тушунтирилади);
- процессорнинг ҳар қайсиси ташқи узилишга хизмат кўрсатади;
-ҳисоблаш тизими топшириқ, масала, файл ва маълумотлар элементи даражасида дастурлар ва процессорлар орасидаги ўзаро алоқа қилишни ташкил қиладиган ва ўзаро мослайдиган интеграллаштирилган операцион тизими билан бошқарилади.
SMP – тизимлар архитектураси.
7.10-расмда симметрик мультипроцессор тизимлар архитектурасининг умумий кўриниши кўрсатилган.
Типик SMP – тизим 2 тадан 32 тагача бир – бирига ўхшаш бўлган RISC – процессорларидан ташкил топган. Бу процессорларга мисол қилиб, унча қиммат бўлмаган RISC – процессорларини, масалан DEC Alpha, Sun SPARC, MIPS ёки HP PA-RISC келтириш мумкин. Охирги вақтларда SMP – тизимларни CISC – процессорлар билан, хусусан Pentium билан таъминлаш кўзда тутилмоқда.



Ҳар бир процессор биринчи (L1) ва иккинчи (L2) даражали кэш – хотирадан ташкил топган локал кэш – хотира билан таъминланган. Ҳамма процессорларнинг кэш – хотирасида сақланаётган маълумотлар мослиги аппарат воситалари билан таъминланади. Айрим SMP – тизимларда когерентлик муаммоси биргаликда ишлатилаётган кэш – хотира ҳисобига ҳал бўлади (7.11-расм). Афсуски, бу қабул қилиш процессорлар сони тўрттадан ошмаганда техник ва иқтисодий томондан ўзини оқлайди. Умумий кэш – хотирани қўллаш нархининг ошиши ва кэш – хотиранинг тезлигининг камайиши билан кузатилади.

Тизимнинг ҳамма процессорлари ажратилган умумий хотира ва киритиш/чиқариш қурилмаларига тенг ҳуқуқли мурожаат қилишга эга. Бундай имконият коммуникацион тизим томонидан таъминланади. Одатда, процессорлар ўзаро асосий хотира орқали алоқа қилишади (ҳолат ҳақидаги ахборот ва хабар умумий маълумотлар соҳасида қолдирилади). Айрим SMP - тизимларда процессорлар орасида сигналларни тўғридан – тўғри алмашиш ҳам кўзда тутилган.

Одатда тизим хотираси модуль принципи бўйича қурилиб, шундай ташкил қилинганки, бир вақтнинг ўзида унинг ҳар хил модулларига (банкларга) мурожаат қилишга йўл беради. Айрим конфигурацияларда биргаликда ишлатиладиган ресурслар билан бирга ҳар бир процессор шахсий локал асосий хотирага ва киритиш/чиқариш каналига эгадир.
Симметрик мультипроцессор архитектуранинг асосий жиҳатларидан бири умумий ресурсга эга бўлган (хотира ва киритиш/чиқариш тизими) процессорларнинг ўзаро алоқаси усулидир. Бу ҳолатга қараб, SMP – тизими архитектурасини қуйидаги турларга ажратиш мумкин:
- вақтинча бўлинган ва умумий шинали;
- коммутатор билан;
- кўп портли хотира билан;