5.2. Разделение и распределение памяти

Одной из отличительных особенностей многопроцессорной вычислительной системы является сеть обмена, с помощью которой процессоры соединяются с памятью.

Рассмотрим структурную организацию однородных одноуровневых микропроцессор­ных систем, архитектура которых определяется организа­цией связи процессоров с оперативной памятью данных и организацией межпроцессорного обмена.

По способу организации связи процессоров с оператив­ной памятью данных все системы относятся к одному из трех типов: с общей (равнодоступной), индивидуальной (раздельной), индивидуальной основной и общей вспомога­тельной оперативной памятью данных.

Многопроцессорные системы с общей модульной опера­тивной памятью данных эффективны при решении такого класса задач, данные в которых могут быть размещены в различных модулях общей оперативной памяти. Тогда процессоры системы смогут работать с этими модулями с малыми взаимными помехами.

Система обладает наибольшей универсальностью, если информация, хранимая в любом модуле памяти, доступна любому процессору и устройству ввода-вывода. Эта уни­версальность достигается за счет аппаратурных затрат на организацию коммутации между любыми модулями памяти, процессорами и устройствами ввода-вывода. Затраты на такой матричный коммутатор растут пропорционально произведению числа модулей памяти на число процессоров и устройств ввода-вывода.

Структурная схема многопроцессорной системы с общей модульной памятью и матричным коммутатором приведе­на на рис. 18.

Рис. 18. Многопроцессорная система с матричной архитектурой

Каждый из процессоров П₁,...,Пm имеет доступ к любому модулю оперативной памяти ОЗУ₁,...,ОЗУn. Последние работают параллельно и допускают n одно­временных обращений со стороны процессоров или устройств ввода-вывода. При обращении нескольких процессоров или устройств ввода-вывода к одному и тому же модулю памяти возникает конфликтная ситуация и коммута­тор обслуживает первым устройство с наивысшим при­оритетом.

Многопроцессорные системы с индивидуальной (раздель­ной) памятью данных эффективны для решения класса задач, где имеются четко разделимые подмножества дан­ных, размещаемых в соответствующих модулях памяти. Структурная схема многопроцессорной системы с индиви­дуальной памятью приведена на рис. 19.

Рис. 19. Многопроцессорная система с индивидуальной па­мятью

Каждый процессор П₁,...,Пm обращается к своему модулю оперативной памяти ОЗУ₁,...,ОЗУm. Однако для редкого обмена дан­ными между процессорами предусмотрены блоки обмена БО и вспомогательная общая оперативная память ОЗУ. Операции обмена инициируются процессорами.

На рис. 20 приведена схема многопроцессорной системы с индивидуальной памятью и одномодульной об­щей памятью данных. Такая система особенно эффектив­на для многопрограммной работы с коллективным исполь­зованием большого архива базовых данных. Устройство управления памятью регулирует возможные конфликты при одновременном обращении нескольких процессоров к общей одномодульной памяти данных.

Рис. 20. Многопроцессорная система с общей памятью данных