Инструменты пользователя

Инструменты сайта


examination:avs:question6

№6 Вычислительные комплексы

Начиная с 60-х годов для повышения надёжности и производительности несколько вычислительных систем связывались между собой, образовывая многомашинный вычислительный комплекс, который включает в себя 2 или более ЭВМ, состоящих из ЦП, ОЗУ, набора периферийных устройств и работает под управлением собственной ОС. При этом связи между ЭВМ в МВС обеспечивают выполнение функций возложенных на комплекс в целом.

Цели, поставленные перед ЭВМ, определяют характер связи ЭВМ. Чаще всего основной целью является или увеличение производительности или увеличение надёжности, или одновременно и то и другое. Однако при достижении одних и тех же целей, связи могут существенно отличаться.

По характеру связей между ЭВМ комплексы можно разделить на 3 типа:

  1. косвенные или слабосвязанные МВК (КСМВК)
  2. прямосвязанные
  3. сателлитные

более подробно на всякий случай..

Косвенные или слабосвязанные многомашинные вычислительные комплексы

В косвенных или слабосвязанных многомашинных вычислительных комплексах ЭВМ связаны друг с другом только через внешние запоминающие устройства (ВЗУ) с двумя или более входами. В ранних многомашинных вычислительных комплексах связь между ЭВМ обеспечивалась через общее ВЗУ (накопители на магнитных дисках или лентах).

В общем виде такой комплекс:

1-й и 3-й режимы электронного коммутатора обеспечивают режим повышенной надёжности. При этом в данной структуре одна из машин выполняет вычисления, а другая находится в горячем или холодном резерве. В горячем резерве обе машины выполняют вычисления. В холодном резерве вторая просто стоит. 2-й режим ЭК-ра соответствует случаю, когда обе машины выполняют параллельную работу, решают свои подзадачи.

В этих комплексах связь между ЭВМ осуществляется только на информационном уровне. Причём обмен информацией происходит по принципу почтового ящика. Каждая ЭВМ помещает в общую внешнюю память свою информацию, руководствуясь своей собственной программой. Соответственно другая ЭВМ принимает эту информацию исходя их собственных потребностей. Такая организация используется в тех случаях, когда ставиться задача повышения надёжности комплекса путём резервирования ЭВМ. В этом случае ЭВМ, которая является основной, решает заданные задачи, выдаёт результаты и постоянно оставляет в общем внешнем запоминающем устройстве информацию необходимую для продолжения решения с любого момента времени.

Вторая ЭВМ является резервной, может находиться в состоянии ожидания, с тем, чтобы в случае выхода из строя основной ЭВМ по сигналу оператора начать выполнение функций, используя информацию, хранящуюся в общем внешнем запоминающем устройстве основной ЭВМ.

При такой связи может быть несколько способов организации работы комплекса:

  1. резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии (ненагруженный или холодный резерв) и включается только при отказе основной ЭВМ. Такая организация возможна, когда система не критична по отношению к перерывам и остановкам в принятии решений. Это обычно имеет место в случаях, когда ЭВМ не выдаёт управляющую информацию.
  2. резервная ЭВМ находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить основную ЭВМ – нагруженный или горячий резерв. В этом случае резервная ЭВМ либо не решает никаких задач, либо работает в режиме самоконтроля (постоянное тестирование).
  3. резервная ЭВМ решает контрольные задачи, например, параллельная обработка того, что делает основная ЭВМ.

Так как основная ЭВМ обновляет информацию в общем внешнем запоминающем устройстве, необходимую для продолжения решения, не непрерывно, а дискретно, поэтому резервная ЭВМ начинает решать задачи, возвращаясь на некоторый шаг назад. Такая организация допустима в тех случаях, когда ЭВМ работает непосредственно в контуре управления (решает самые важные задачи), а управляемый процесс является достаточно медленным и возврат во времени не оказывает заметного влияния. Недостатки организации по первому и второму варианту

При организации работы по первому и второму варианту ЭВМ используется в любом случае нерационально, так как одна из двух ЭВМ постоянно простаивает. Простои можно избежать, загружая ЭВМ решением каких-либо вспомогательных задач, не относящихся к основному процессу. Это повышает производительность системы. Т.е. основной процесс выполняет одна ЭВМ, а вспомогательный – другая. Для того, чтобы полностью исключить перерыв в выдаче результата, обе ЭВМ, и основная и резервная, решают одновременно одни и те же задачи, но результат выдаёт только основная ЭВМ, а в случае выхода её из строя – резервная. При этом общее внешнее запоминающее устройство используется только для взаимного контроля. Иногда такой комплекс дополняется специальным устройством для взаимного контроля (сравнение результатов) с целью повышения достоверности. Если при этом используется 3 ЭВМ, то в этом случае возможно применение так называемого метода голосования. При этом методе окончательный результат выдаётся только при совпадении результатов решения задачи не менее чем от двух ЭВМ. Это повышает и надёжность комплекса, и достоверность выдаваемых результатов.

Недостатки слабосвязанных комплексов

При любой организации работы в слабосвязанном ММВК переключение ЭВМ осуществляется либо по команде оператора, либо с помощью дополнительных устройств, осуществляющих контроль исправности ЭВМ и вырабатывающий специальные необходимые сигналы. Кроме того, быстрый переход с основной на резервную ЭВМ возможен лишь при низкой эффективности использования оборудования.

Прямосвязанные ММВК

Прямосвязанные ММВК обладают большей гибкостью.

В прямосвязанных комплексах возможны 3 вида связей:

  1. через общее ОЗУ (ООЗУ)
  2. прямое управление (связь через процессор)
  3. связь “адаптер-канал” (АКК)

Связь через общее ОЗУ

Связь через общее ОЗУ гораздо сильнее связи через ВЗУ. Объясняется это тем, что эта связь носит информационный характер. Обмен информацией происходит тоже по принципу почтового ящика.

Вследствие того, что процессоры имеют прямой доступ к ОЗУ, все процессы в системе могут протекать с существенно большей скоростью, чем при обращении к ВЗУ. Разрывы в выдаче результатов при переходе с основной ЭВМ к резервной практически не ощутимы. Особенности связи через ООЗУ: ОЗУ является сложным электронным устройством, которому свойственны отказы. При выходе ОЗУ из строя нарушается работа всей системы. Чтобы этого избежать приходиться строить общее ОЗУ из нескольких модулей и резервировать информацию. Это приводит к усложнению организации вычислительного процесса в комплексе, а это вызывает усложнение ОС.

Таким образом, недостаток ООЗУ: существенное удорожание.

Прямое управление

Передача сколько-нибудь значительных объёмов информации по каналам нецелесообразна, так как решение задач прекращается: процессоры обмениваются информацией. Непосредственная связь между процессорами может быть не только информационной, но и командной. По каналу прямого управления один процессор может управлять действиями другого процессора, это улучшает динамику перехода от основного ЭВМ к резервной и позволяет осуществлять более полный контроль.

Связь через адаптер канал-канал (АКК)

Сущность этого способа связи заключается в том, что связываются между собой каналы 2-х ЭВМ с помощью специального устройства – адаптера. Обычно это устройство подключается к селекторным каналам ЭВМ. Такое подключение адаптера обеспечивает достаточно быструю передачу информации большими объёмами.

В отношении скорости передачи информации через адаптер канал-канал можно сказать, что он мало уступает передаче через общее ОЗУ, а в отношении объёмов передаваемой информации уступает связи через общее ВЗУ.

Функции АКК достаточно просты:

  1. синхронизация работы 2-х ЭВМ (основная)
  2. буферизация информации при её передаче

Таким образом, связь через АКК в значительной степени устраняет недостатки связи через общее ОЗУ и вместе с тем, почти не уменьшает возможностей передачи информации между двумя ЭВМ по сравнению с ВЗУ.

Недостатки АКК: хотя функции АКК и его структура достаточно просты, однако большое разнообразие режимов работы 2-х ЭВМ и соответственно необходимость реализации этих режимов существенно усложняет это устройство.

В целом, прямосвязанные комплексы позволяют осуществлять все способы организации ММВК, которые характерны для слабосвязанных комплексов. Однако за счёт усложнения связей эффективность прямосвязанных комплексов может быть значительно повышена. В частности в прямосвязанных комплексах обеспечен быстрый переход к резервной ЭВМ, возможно, даже если резервная ЭВМ выполняет свои собственные задачи. Таким образом, это обеспечивает высокую надёжность и одновременно высокую производительность. В реальных комплексах одновременно используется не один вид связей ЭВМ, а 2 и более, в том числе в прямосвязанных комплексах используется и косвенная связь через ВЗУ.

Сателлитные ММВК

Для комплексов с сателлитными ЭВМ характерным является не столько способ связи, сколько принципы взаимодействия ЭВМ. Структура связей сателлитных комплексов не отличается от связи в обычных ММВК. Чаще всего используется связь через АКК. Особенностью этих комплексов является организация взаимодействия ЭВМ в комплексе. Отличительные черты:

  1. ЭВМ существенно различаются по своим характеристикам
  2. определённая соподчиненность машин и различия функций, выполняемых каждой ЭВМ
  3. одна из ЭВМ (основная) является, как правило, высокопроизводительной, она предназначена для основной обработки информации. Вторая существенно меньшая по производительности называется сателлитной или вспомогательной ЭВМ.
examination/avs/question6.txt · Последние изменения: 2014/01/15 08:10 (внешнее изменение)