Архитектура универсальных компьютеров – мейнфреймов(селекторные, мультиплексные каналы)

Мейнфрейм – высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

В архитектурном плане мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Селекторный и мультиплексный каналы служат для обеспечения связи между ЭВМ и периферийными (внешними) устройствами. По средствам селекторного канала ЭВМ соединяется с быстродействующими внешними устройствами, такими как накопители на МД, МБ и МЛ. Работа идет только с одним внешним устройством. Такой режим работы называется монопольным.

Так же селекторный канал может быть оснащён адаптером “канал-канал”, который устанавливает связь между каналами ЭВМ.

Через мультиплексный канал идёт обмен информацией между оперативной памятью и периферийным оборудованием с малым быстродействием, например, устройства ввода-вывода на перфоленты и перфокарты, алфавитно-цифровое печатающее устройство. Такие устройства могут работать независимо друг от друга

1. Принципы распараллеливания процесса обработки информации

Распараллеливание процесса обработки информации — это важнейший способ достижения высокой производительности вычислительных средств. Архитектура высокопроизводительных суперкомпьютеров основывается на следующих принципах распараллеливания процесса обработки информации с использованием мультипроцессорных структур:

1) Конвейерная обработка. Для организации конвейерной обработка необходима цепочка процессорных элементов, любой из которых выполняем свой набор команд. Все процессорные элементы (цепи конвейера соединенные последовательно в конвейерную структуру таким образом который исходные данные предшествующего звена есть входными данными следующей. Если элементами обработки являются команды, а этапами - микрокоманды реализации отдельных фаз выполнения команды, то реализуется конвейер команд (используется в большинства современных процессоров).

Если элементами являются структуры данных (например элементы массивов), а этапами - фрагменты программы обработки потока данных, то реализуется арифметический конвейер (используется в конвейерных суперкомпьютерах типа CRAY).

2)Матричная обработка. Для организации матричной обработки необходимая матрица процессорных элементов, любой из которых работает со своей локальной памятью. Кроме того, процессоры могут обмениваться один из одним путем межпроцессорных связей. Процессорные элементы выполняют общий поток команд, то есть параллельно и синхронно обрабатывают информацию, которая сохраняется в локальной памяти. Матричная обработка используется в специализированных матричных суперкомпьютерах (например, ILLIAC-1V) или в специализированных матричных сопроцессорах.

3)Ассоциативная обработка. Организованная аналогично матричной обработке, то есть великое множество синхронно работающих процессорных элементов, но параллельный поток данных организуется при чтении информации из ассоциативной памяти. При ассоциативном чтении выполняется сравнения признаков всех слов памяти с признаками регистра признаков, поэтому возможно параллельное чтение некоторых слов, которые попадают на свои процессорные элементы. Такая обработка применяется в ассоциативных суперкомпьютерах (STARAN), хотя применения ассоциативного чтения информации используется в обычных компьютерах (например, при организации кэш-памяти).