автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Исследование принципов построения и разработка систем управления многомашинных мультипроцессорных вычислительных комплексов типа ПС 200С

Чо

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАШЕНШ (автоматики и телемеханики)

На правах рукописи УДК 681.32.06

ПИВОВАРОВ Григорий Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОМАШИННЫХ МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ТИПА ПС 200С

Специальность 05.13.13 - Вычислительные машины,

комплексы, системы и сети

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1989 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте управляющих вычислительных маиин (НПО "Импульс") и ордена Ленина Институте проблем управления (автоматики и телемеханик! Научный руководитель - д.т.н., профессор Виленкин С.Я. Официальные оппоненты: д.т.н., професоор Малюгин В.Д. к.т.н., ст.н.с. Боярский А.Е.

Ведущее предприятие - Институт точной механики и вычисли-

на заседании специализированного совета № 2 (Д002.68.01) Института проблем управления (автоматики и телемеханики): Москва, Профсоюзная ул,б5. Телефон совета: 334-93-29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления (автоматики и телемеханики).

тельной техники АН СССР

Защита состоится

Автореферат

Ученый секретарь специализированного совета д.т.н.

В.В.Игнатущенкс

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В мировой и отечественной практике ромышленной высокопроизводительной обработки информации широ-ое распространение получили комплексы со спецпроцессорами. Они тличаются простотой технической реализации, низкой по сравнению супер-ЭЬМ стоимостью, достаточно высокой надежностью, отсутст-ием специальных требований к условиям эксплуатации. К ним при-гдлежит высокопроизводительный проблемно-ориентированный выделительный комплекс с двумя мультипроцессорами (МЛ) ПС-2000. гльнейшее его развитие предусматривает, с целью достижения эебуемых произ:<оцительностей и обеспечения их диапазона, по-гроение семейства многомашинных мультипроцессорных вычислитель-к комплексов (ММВК), базирующихся на МП типа ПС-2000, объе-шенньх высокоскоростной малоинерционной сетью информационных 1язей.

Отечественный и зарубежный опыт использования комплексов со [ецпроцессорами показал, что их эффективная производительность [ачительно ниже пиковой даже на задачах, информационно-потоковые афы которых идеально соответствуют структуре спецпроцессоров, к, эксплуатация ПС-^СОО на пакете обработки геофизической ин-рмации выполняется при средней загрузке МП менее 20 %. Анало-чные результаты получены для зарубежных систем со спецпроцессо-ми при решении задач обработки баз данных. Это объясняется не-стятками организации информационной сети комплексов и больши-накладнъгми расходами на управление.

Стоимость вычислительного оборудования в современных комплексе со спецпроцессорами существенно превосходит стоимость системы эавления. Поэтому ее совершенствование может значительно улуч-гь соотношение "эффективная производительность/стоимость" винительной системы в целом. Так, для достижения суммарной эффектной производительности в 30-50 млрд. операций с плавающей за-7ой л секунду, требуемой для обработки геофизической информации ¡дприятиями МинГео, необходимы объемы оборудования стоимостью 500 млн.р.уб. Совершенствование систем управления и структур ермационных связей, которое позволит поднять эффективную пронзительность хотя бы в 1,3-1,6 раза, т.е. довести ее до 25-30 %'-'г

пиковой производительности ММВК, может только в геологии дать экономический эффект, исчисляемый десятками миллионов рублей.

Цель работы - исследование, разработка и обоснование структурной организации аппаратно-программных Средств и методов построения систем управления ММВК типа П0-20СС, разработка инженерных методов проектирования высокоэффективных, обеспечивающих низкие накладные расходы на планирование, диспетчеризацию и синхронизацию процессов, аппаратно-программных средств систем управления как отдельными МП типа ПС-2000, так и ММВК на их основе.

Общая методика исследований. В работе использованы методы теорий вероятности, массового обслуживания и дискретной оптимизации. При исследовании моделей проводится машинный эксперимент.

Научная новизна. Разработана методика инженерного проектирования многоуровневых иерархических систем управление вычислительными процессами для мультипроцессоров типа ПС-2000 и проблемно-ориентированных многомашинных мультипроцессорных вычислительных комплексов на их основе, включающая процедуры пошаговой оптимизации базовых структур и рационального распределения функций управления между аппаратными, микропрограммными и программными уров нями ; методика ориентирована на максимизацию отношения "эффективная производительность/стоимость" для вычислительных комплексов рассматриваемого типа.

Практическая ценность. Применение предлагаемой методики позволяет обосновать и оптимизировать структурную организацию тех нических средств и сформировать алгоритмы функционирования аппаратных, микропрограммных и программных уровней системы управленш вычислительными процессами для МП типа ПС-2000 и комплексов на ю основе, в частности:

- обосновать выбор оптимального количества уровней иерархии управления и распределения управляющих функций между ними;

- оптимизировать распределение элементов управляющих функци! между компонентами как одного, так и смежных уровней.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной р( боты использовались при разработке устройства управления МП ПС-2000, линии обмена управляющими сообщениями, микродиспетчеров МП, подсистем внешней памяти и коммутатора внутрисистемных обмен ММВК ПС2Ю0. ВК ПС-2000 выпускается серийно. По состоянии на кон

1988 года выпущено 196 экземпляров ВК ПС-2000. Вычислительный комплекс ЛС2100 выдержал междуведомственные приемочные испытания. Документация на него передана на завод-изготовитель.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние, перспективы разработки и применение средств вычислительной техники для управления технологическими процессами и автоматизации научного эксперимента" (Москва, 1979г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Опыт разработки и применения УВК СМ-1 и СМ-2 СМ ЭВМ и перспективы их развития" (Североцонецк, 1981г.), Всесо-озном научно-техническом совещании "Высокопроизводительные вычислительные системы" (Тбилиси, 1981г.), Республиканской научно-технической конференции "Вопросы разработки и применения средств вычислительной техники" (Тбилиси, 1985г.), У1 Всесоюзной школе "Многопроцессорные вычислительные системы"(Звенигород, 1985г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Программное обеспечение многопроцессорных систем" (Калинин, 1985 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Опыт разработки и внедрения технических и программных средств СМ дШ и АСВТ-ПС" (Северодонецк, 1986г.), Всесоюзном совецании "Высокопроизводительные системы" (Таллин, 1989г.).

Публикации. По теме диссертации получено 3 авторских свидетельства и опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, изложенных на 124 страницах машинописного текста, кроме того содержит 25 страниц иллюстраций, список литературы, включающий 99 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

V

В первой главе рассматривается организация ММВК типа ПС-2000. Выбирается его структура. Исследуются особенности организации вычислительного процесса для разных классов задач, определяются способы управления.

Рассматриваются состав и структура системы управления, формулируются требования к ее функциональным возможностям и временным

характеристикам, выбирается критерий качества и ставится задача исследования.

В ММВК возникает технически сложная и противоречивая задача по одновременному обеспечению интенсивного межмультипроцессорного трафика синхронизирующих и других управляющих сообщений, достигающего величины 1000 заявок в секунду, и обмена данными с суммарным потоком до 200 Мбайт/с. Показано, что ее решение, с учетом ограничений современной отечественной элементной базы, возможно посредством разделения инфраструктуры связи ММВК на автономные сеть обмена управляющими сообщениями и канал обмена данными. В результате ММВК представляется в виде модульной асинхронной сети с перестраиваемой структурой (МАСПС), адаптируемой под.информационно-потоковый граф потребительской задачи (рис.1).

РЩЦ - резервированный канал обмена данными

УП - управляющий процессор типа ПС1С01 СП - скалярный процессор

типа ПС-ЗОСО МП - мультипроцессор типа ПС-2000 СВП - субкомплекс внешней памяти

КСПП - канал связи с периферией потребителя

ЛОУС - линия обмена упраь ляющими сообщениям

Рис Л

Предложен способ децентрализации управления ММВК заключающий ся, во*-первых, в возможности инициализации любой операции вЕода-вывода в комплексе непосредственно из программы в МП (способ децентрализованного управления) и, во-вторых, в возможности обмена

инхронизирунщими и управляющими сообщениями меяду всеми устрой-твами МАСПС, что обеспечивает взаимодействие ветвей единой за-ачи, размещенных по МП и другим устройствам МАСПС (способ распределенного сетевого управления).

Система управления (СУ) проблемно-ориентированных ММВК типа 2-2000 представляет собой совокупность аппаратных, микропрограм-fiiix и програ!!г,1ьых средств призванных обеспечить минимальные прогон вычислительного оборудования при: конвейерной организации числительного процесса з комплексе ; ветвлениях как локальных 3 у с 'Т р О »1С V х), так и глобальных (в комплексе) ; синхронизации зоцессов rtaic з устройствах, так и между устройствами комплекса.

Обобщенный показателем качества СУ МСПС выбрана эффектив-зсть вычислительного комплекса

Еак= р«ом У- Кп) /(Сел + CL + С™), ie Рнон - номинальная производительность вычислительного оборудования, Сво - его стоимость, сйу - стоимость аппаратуры СУ,

- стоимость программно-микропрограммных средств СУ, Кп - Ч(Ссу *Сс°) - величина, характеризующая простой вычислительного оборудования, где V - нелинейная, убывающая с ростом аргумента функция.

Коэффициент использования мультипроцессора К исп связан с [ соотношением Кисп. =1 -Кп.

Целью диссертационной работы является исследование и разра-тка методов сокращения потерь эффективной производительности, зникагащих из-за накладных расходов на организацию вычислитель-го процесса в условиях многоуровневой иерархической СУ, распре-ленной по автономным устройствам, применительно к ММВК типа -2000.

Во второй главе проводится анализ различных методов оптими-ции структуры многоуровневой иерархической СУ. Обосновывается обходимость распределенного управления МАСПС. Рассматривается оцесс формирования состава и структуры базового варианта СУ. еле,дуется традиционная методика анализа и синтеза сложных систем именительно н задаче оптимизации базовой СУ. Формируются основ-

ные принципы и предлагается инженерная методика проектирования высокоэффективных СУ ШВК типа ПС-2000.

Широкое использование в ММВК универсальных покупных устройст и подсистем приводит к избыточной многоуровневости и неоптимальнс «у распределению функций управления .по уровням иерархии исходной (базовой) СУ.

В СУ ШВК могут быть выделены следующие крупные уровни: статического планирования (система подготовки программ) ; динамического планирования (распределение ресурсов) ; диспетчирования и синхронизации (операционная система базовой ЭШ, локальные операционные системы - диспетчеры устройств МАСПС) ; непосредственного управления (программные и микропрограммные драйверы, аппаратная часть СУ). .

Докальные изменения СУ на одном или нескольких уровнях зачастую приводят к множественным сопутствующим изменениям в смежных уровнях, включая устранение избыточных или введение дополнительных узлов или функций СУ. Таким образом, оптимизационная задача в действительности не ограничивается проблемой распределена ^ функций по Р узлам в условиях конечных ресурсов, как принято в теории сложных систем и теории расписаний, а имеет дополнительну! степень свобода в виде способа реализации оптимизируемой функции СУ. Причем, значения величин Ы и Р являются функциями от способа реализации. Поэтому' при синтезе структуры СУ традиционно ее выбирают рациональной, основываясь на поэтапном решении ряда частных задач с применением итеративного процесса "проб и ошибок

Развивая эвристические метода рационального реконструирования базовой СУ в диссертационной работе предложен алгоритм инженерной методики (Рис.2), базирующийся на следующих основных прин ципах:

- распараллеливание функций СУ, используемых для организаци итерационных циклов ;

- перемещение функций СУ с этапа оперативного управления на этап статического планирования ;

- концентрации функций СУ, участвующих в процессах ветвлену. по данным.

Применение методики проектирования для оптимизации базовой СУ иллюстрируется на примере главного цикла (рис.3) задач обра-

на чало

(

\

¿úlóofi класса зада//

ßaäop функции

з

®

fíúcmpa'r/t/p гриаа йма/яо-а'еистёия узла о

/'fenгь vmppd -

¡-¡шум/?

а а

/бизнйхма 'VücTt. 'Цикл!' с" //¿piWüiTÜM

этап craruveewà \Л'паиь'ри&гиия ?,

/ои'ыохм pama -

\H0¿0 CJPiOft'Uii/K/UiKi/ m ?

¿•emo ккогогра/и/не^, HÓ/U но/е- бь-лвленю my ÛiZHHàlM ?

i

/дымом/а /.wis&v/àïK s^ àa/cjc/jp Südnax tíae с

\t¿p/fo№ ¿зшлаггъсг&ц/ \Ne»,ày УзлашУ

Зоучрх/Ю .

enix? ço&Mti}uû на $/и/хсилмд/ ыДг&г/ "осте/ Ыа те/мш' ародщУ

_L

не, п

й'3нене/я>ь rmßi'AOiypu и ¿pacp 0Ы1йпа0&< cm

Jt

ySßlV /Ш iii/IOl ------<Г /?pva налил,poßciHbi:

Н<9,т?

ixanua л/д/ладдгХ

c/ioSah'UtJ caHûià Jitlfiç/\ ^>!t(t/ifOi¿7 УЗ/112 7

J y ÔÛiHOXM ли ^

tiL/ßßpäMue сЬлалм/гё-./ь

г.

■tyüaM/iL/3c/pü6aH/jip>

'■Ъсе /lo 5ddav /?poaHc7/!u¿¿,' / рйЗсгна/?

Мб?/»

Ра О. г

/у а чало )

-£{..--

Сформировать ¿ас?мк1> ЯЛ, ей/?, РКОЛдл) пеАйЭочи перЯеа Залиси

,в2—

|~/7ер о с9о т ъ задание 8 /У77

— -[-

Передать Задание б СбП

I

| Передуть ¿ос/ание £ РЛ'ОЛ

I О^иЬ'а мь херь/ За£е/>и,емиЯ ел? \/1П, С&О.РХОД___

— £3-1-

¿ьмолхш?Я ¿'ез

_£?/_

Сформировать 1ада-

КиЙ /1П, ОУ 7, РХОЛ Лап и ел ю

г£3_

С<рорн ироёОть Задания Л''?, СвЛ, РХОА 9л я Но 2.р ем а

¿1-

\все .записи передан^/?

с'а

( 7Г О // е ¿4 )

Рис. 3

ботки данных,отбуферированных на магнитных носителях.

В базовой варианте СУ в центральном узле формируются и последовательно выдаются задания в МП, РКОД, СВП. Расчеты показывают , что для ММВК, содержащего 10 МП и центральную ЭВМ типа ПИ001 Кп ~ 0,8.

Подзадача О- I формирует номера записей и соответствующие им номера процессорных элементов МП, а &2 передает параметры в СУ автономных устройств и синхронизирует их работу. Принцип распараллеливания может быть применен к &2, которая в этом случае размещается б СУ каждого из автономных устройств. Тогда 0-1 должна сформировать пакеты параметров для каждого из устройств, охватывающие все итерации цикла и передать их в СУ автономных устройств. В дальнейшем МП, РЮД, СВП функционируют самостоятельно

Накладные расходы на управление обменом сокращаются практически в раз, где Д/ - число итераций исходного цикла или, в данном примере, - число процессорных элементов МП.

•Кроме рассмотренных выше в контуре оперативного управления ММВК содержится подзадача (?3. Она выполняется в центральном узле и инициирует запуск повторной операции обмена в случае фиксации ошибки в СВП, Здесь возможно применение принципа концентрации посредством перемещения в СУ СВП функций исправления ошибок внешней памяти. Эффективность концентрации, также как и распараллеливания, определяется исключением из контура управления медленных универсал чых узлов базовой СУ, а также пересылок управляющей информации.

Совокупность рассмотренных выше изменений базовой СУ позволяет сократить Нл до 0,1-0,2 , то есть в среднем в 6 раз поднять производительность МАСПС для рассмотренного фрагмента задачи.

Предложенный алгоритм и методика инженерного проектирования СУ ММВК типа ПС-2000 обеспечивают итерационное улучшение базовой СУ, включая выбор способа реализации оптимизируемой функции и структуры технических средств с учетом формализуемых ресурсных и неформализуемых качественных ограничений, что позволяет сократить количество анализируемых вариантов по сравнению с традиционным перебором всех возможностей.

В третьей главе исследуется процесс обмена управляющими сообщениями между устройствами МАСПС в режиме распределенного сетевого управления ММВК. Анализируется базовый механизм обмена управляющими сообщениями. Производится оптимизация базовой С'/ЛОУС. Исследуются варианты аппаратной реализации дополнительного узла СУ ЛОУС.

Обмен управляющими сообщениями в МАСПС осуществляется посредством линии обмена управляющими сооющениями (ЛОУС).

Базовый вариант организации ЛОУС представляется в виде программы-коммутатора сообщений, выполняющейся в управляющей ЭВМ. В диссертационной работе подробно проанализирован процесс передачи сообщения в базовом варианте СУ. Укрупненно он сводится к формированию пакета - сообщения в устройстве (например, МП), обработке прерывания и передача управления программе-коммутатору, обращении ее н супервизору ввода-вывода операционной системы (СВВ) для передачи сообщения устройству-адресату.

Схема взаимодействия узлов СУ МАСПС в процессе, передачи сообщения приведена на рис.4.

Рис.4

Время выполнения обрабатывающей микропрограммы Траб равно сумме времени собственно ее работы Тмп = •//Яо" , где Ло" - интенсивность формирования пакетов-сообщений обрабатывающей микропрограммой, времени обмена пакетом-сообщением Тмд и времени простоя А микродиспетчера МП из-за переполнения очереди па-

тов-сообщений в программе-коммутаторе: ТраЬ - Тмп + Тма +А,

;е

А =

Г ¿7, если Тпс ~ п .дмп , П• Тпс - //Ло" , если тпс уч/п-Хо\

[е Тпс - полное время передачи сообщения в программу-коммутатор учетом времени работы ОС и времени прерывания управляющей ЭВМ; - количеств. !Я1.

Тогда коэффициент использования мультипроцессора

К исг) = Тип/Тро5 = (^КП(ГмА + А )У!

При /) =10, сообщений в секунду и размере пакета равном

1 словам

Кисп =0,3, причем Тпс для управляющей ЭВМ типа ПС1001 составит 16 не.

В диссертации показано, что для оптимизации процесса передачи эобщений может использоваться принцип концентрации в виде переопределения функций по более быстродействующим уровням, либо в иде расширения базовой СУ дополнительным аппаратным уровням о икропрограммным коммутатором.

В первом случае СВВ размещается на микропрограммном уровне правляющей ЭВМ, а программа-коммутатор на месте СВВ. Это позволяет эднять Кисп до 0,44. Во втором случае дополнительная аппаратура 7 ЛОУС составляет менее 0,1 % объема ММВК, а Кисп возрастает до ,98, что на смеси задач, предназначенных для решения на ММВК,дает 5-20 $ выигрыш эффективной производительности.

В четвертой главе исследуются принципы построения СУ мульти-роцессоров с единым потоком команд типа ПС-2000. Анализируются пособы построения узла управления и адресации расслоенной микро-рограммной памяти, а также методы оперативной синхронизации обра-атывяюцей микропрограммы и канала данных МП. Рассмотренные в той главе вопросы иллюстрируют использование инженерных методов роентирования для оптимизации аппаратного уровня базовой СУ.

На рис.5 изображена базовая схема организации управления расслоенной микропрограммной памятью в которой считывание К+1

Рис.5.

слоя завершается к моменту выполнения последней микрокоманды К-го слол. Анализ, проведенный в диссертации, показывает, что с учетом равновероятного появления операции ветвления в любой микрокоманде слоя и равновероятного перехода на любую микрокоманду слоя математическое ожидание потерь времени будет равно:

Т< = (гт-1)рпу>

где Т - цикл микропрограммной памяти, Г - такт микрокоманды, Рлу - вероятность появления микрокоманды ветвления в слое.

Использование принципов инженерного проектирования приводит к следующим возможным модификациям базовой схемы:

- распараллеливание схемы адресации ЗУ;

- распараллеливание синхронизатора;

- концентрация узла распознавания команд ветвления непосредственно в ЗУ микрокоманд ;

- введение дополнительного уровня в виде' СОЗУ микрокоманд первого слоя внутреннего цикла.

Для них определены математические ожидания потерь:

= (п-Г) + Руу Рп (2п-1)],

где Рбу - вероятность появления микрокоманд безусловного а, Руу - условного ветвления ;

Ркц I ,

где Рпц - вероятность перехода по концу цикла ; Ркц - вероятность перехода к началу цикла. Показано, что наибольшей эффективностью обладает схема с единым адресом и предупреждениях о командах ветвления.

Оперативная синхронизация микропрограммы и канала данных МП (КПДПМ) необходима для разделения общего ресурса - ОЗУ данных МП.

В базовом методе микропрограмма генерирует заявки на обслуживание к ОЗУ со средним интервалом . После генерации очередной заявки я в случае занятости ОЗУ обслуживанием заявки ЩЦПМ, которые генерируются с интенсивностью Лклдпм , микропрограмма простаивасх среднее время I? прост. Модель для базового летода изображена на рис.6а и представляет собой одноканальную зистему массового обслуживания,состоящую из замкнутой и разомкну-?ой подсистем.

Коэффициент использования МП предлагается определять выра-сением

Кис = —

¿?н + 1%}р ост Показано, что для рассматриваемой модели

Скроет = (и!к + (Зозу)-Акпдпм ,

це - среднее время ожидания в очереди заявки с наивысшим

тносительным приоритетом

+^

КЛДЛМ

л2»)1)-

'и А - /- А КПАЛЦ .

а)

5)

НМД

НМЛ

НМД.

Л И \

Микрспрогранна. К-Л 03 у

Á к ПА ПМ

КПДПМ Л'--/

А еззь

MUA/iO программа

НМЛ

кпд/т

S)

ÀH

Пы

h h il |\

И ПДП M

ti Ml)

Ан оъу С cKiH Ctril* yé't'A ¿-V* r/p и ¿>/2 U fi ¿>,T, ¿>r

Il JIhХ/ППfr

JlLil„ '

Г/

'fibiífCfifio :,co/iH¿L

/U, "кип-ei-j

\HHA

é'j)J

i< nj) n м

HM/)

и С. 6'

Расчеты показывают, что при типовых нагрузках на ОЗУ исп ~ 0,7.

В диссертации определен и проанализирован ряд способов эеличения К исп :

- сокращение среднего времени обслуживания ОЗУ ;

- введение очереди заявок микропрограммы (рис.66) ;

- введение очереди заявок КЦЦПМ и механизма.динамического ¡иоритета в ОЗУ (рис.бв) ;

- введение буферной памяти между ОЗУ и КЦДПМ с целью орга-шации обмена между ними блоками данных (рис.бг) ;

- использование программно-аппаратных средств предварительно просмотра микропрограммы.

Первый способ наиболее прост технически и дает наивысшие ачения Кисп во всем диапазоне типовых нагрузок на ОЗУ, но -за ограничений отечественной элементной базы неприемлем в нструктивно-технологическом аспекте.

Во втором способе простой микропрограммы возникает либо при реполнении очереди заявок Ом со средним временем простоя бо при отсутствии считываемых из ОЗУ данных (/л/>ас(п .

ответственно, полное среднее время простоя

Опрост — О прост + ^прост *

э Рчг - вероятность микрооперации чтения в микрокоманде ;

п. - среднее количество тактов микропрограммы между микро-зрациеи\Ги микрокомандой, использующей считанную информацию в ка-зтве операнда. Для внутренних циклов свертки или быстрого преоб-зования Фурье /I ~ 4.

0-1

прост ~ ({.Рф) ,

/ Ы Ы £ ^ " (4-уккпАЛ/ч -ЯаМ - Я^ст) 1

р =-._._ . /__

где т - длица очереди.

В третьем способе заявки КПДПМ получают наивысший приоритет в случае переполнения очереди Ок. Суммарное время простоя микропрограммы определяется выражением

где Ро - вероятность переполнения очереди Ок, которая определя-•:>■ аналогично Рт , но при

р/ — (¿/V -Г fiipecsn)

Рм Jnflüc/n - Jbiy

Простой микропрограммы в высокоприоритетном режиме возникав только из-за необходимости дообслуживания заявок КПДПМ, откуда

ybn _ РЯЗИ ■А К ЛАПМ

V арест -

Для четвертого способа

Киса — f ~ А. клаям ' Розу .

Использование программно-аппаратных средств предварительного просмотра микропрограммы основывается на введении еще одного типа динамического приоритета, запрещающее обслуживание заявок КПДПМ за время Г = Ра ¿у . где К - число машинных тактов, требуемых для обращения к памяти, перед поступлением очередной заявки микропрограммы. При этом

Опрос/п — Рр (lP*; -*~0031)-АкплП1ч ■ Разу , где РР - вероятность переполнение Ок при

J^ — А кпмлн " &>} У К' V» * Рпроет) к срм + рлросп) роъч'

На рис.7 приведены графики- зависимостей Кисп от Á-к/ипм при Розь- I мне и (fN -2,5 мне (пунктир) и ¿¿уу =0,5 мне (сплошные линии) для всех рассмотренных, способов оперативной синхронизации. Расчет производился машинным способом с привлечением численных методов решения нелинейных уравнений.

Рис.7

Приведенный в диссертации анализ эффективности различных способов синхронизации микропрограммы и КПДПМ показал, что еэ' экстремум обеспечивают технические решения, в основу которых положен принцип статического планирования на уровне компилятора и соответствующая организация аппаратуры, совмещающая буферирова-гае заявок КЦДПМ и учитывающая предоставляемую компилятором дополнительную информацию.

В пятой главе описаны системы управления МП ПС-2000 и ШВК 1С 2100. Рассмотрена организация вычислительного процесса в сомплексе ПС2100 для различных классов задач. Показано, что рез-(ое повышение эффективной производительности осуществляется в ¡езультате "интеллектуализации" периферийных устройств, что трепет изменения основных принципов проектирования АСВТ-ПС. Рассмот->ена структура и функциональные возможности системы подготовки

микропрограмм МП и программ оперативного управления комплексом ПС2100.

В приложениях приведены программы расчета аналитических зависимостей и программы имитационного моделирования процессов синхронизации, рассмотренных в гл.4. Рассмотрены основные принципы построения машиннозависимого оптимизатора микрокоманд для МП типа ПС-2000. Описана структура и даны технические характеристики ВК ПС2100.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертации разработана методика инженерного проектирования многоуровневых систем управления вычислительными процессами для мультипроцессоров типа ПС-2000 и проблемно-ориентированных многомашинных мультипроцессорных комплексов на их основе, включая цая процедуры пошаговой оптимизации базовых структур и рационального распределения функций управления между аппаратными, микропрограммными и программными уровнями ; методика ориентирована на максимизацйю отношения "эффективная произвоцительвость/стошость' для вычислительных комплексов рассматриваемого типа.

Конкретно научные и практические результаты состоят в следук

щем:

1. Разработана методика и алгоритм инженерного проектирования многоуровневой иерархической системы управления ММВК типа ПС-2000.

2. Развита структурная организация ММВК класса ПС-20СС, отличающаяся сочетанием малоинерционной локальной сети обмена управляющими сообщениями и высокоскоростной потоковой сети обмена информационными массивами.

3. Предложен и обоснован способ децентрализации вычислительного процесса в ММВК типа ПС-2000.

4. Получены аналитические зависимости и по. ним определена величина простоев МП при обмене управляющими сообщениями.

5. Произведена оптимизация СУ ММВК с целью максимизации отношения "эффективная производительность/стоимость" при решении задач обработки баз данных.

6. На основании разработанной методики проектирования предл1 жена структурная организация аппаратуры и распределение функций

'У ЛОУС, обеспечивающие минимальные накладные расходы на обмен. :ообщениями между устройствами ММВК в режиме распределенного сетевого управления.

7. Сформулированы принципы автоматизации распараллеливания машинного кода, получаемого в результате работы трансляторов с ззыков высокого уровня, применительно к устройствам с "сверхглинной" командой на примере МП типа ПС-200С.

8. Получены аналитические зависимости, позволяющие вычислять величину простоя микропрограммы при выполнении операции ветвления для различных способов организации СУ расслоенной микропрограммной памятью, а также-для различных способов синхронизации микропрограммы и канала данных Щ. -Выполнена оптимизация СУ с целью сокращения этих потерь.

9. Практически реализованы системы управления МП ПС-2000 и ММВК ПС2100.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Власенко Д.Я., Пивоваров Г.Ю. и др. Организация микропрограммного устройства управления на базе расслоенной оперативной памяти. Тезисы докладов Всесоюзной научно-техничесной конференции "Состояние, перспективы разработки и применение средств вычислительной техники для управления технологическими процессами и автоматизации научного эксперимента", СеверодонецК, 1979.

2. Итенберг И.И., Набатов A.C., Пивоваров Г.Ю. Мультипроцессор ПС-2000. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания "Опыт разработки и применения УВК CM-I и СМ-2 СМ ЭВМ и перспективы их развития", Москва, 198I.

3. Виленкин С.Я., Шбатов A.C., Пивоваров Г.Ю. Расслоение памяти для микропрограммного устройства управления мультипроцессора. УСиМ, 1981, Р 2.

4. A.c. № 75123». Многопроцессорная вычислительная система. Виленкин С.Я., Итенберг И.И., Медведев Й.Л., Пивоваров Г.Ю. и др. Приоритет от 12.01.79. Опубликовано БИ, №26, 1983 г.

5. A.c. №1079073. Многопроцессорная вычислительная система. Виленкин С.Я., Медведев И.Л., Пивоваров Г.Ю. и др. Приоритет от 2.12.82.

6. Белилыциков Н.В., Застела В.В.» Итенберг И.И.» Пивоваров Г.Ю. Аппаратно-программные средства диагностической системы мультипроцессора ПС-2000. УМ, 19ВЗ, № 5.

7. Виленкин С.Я., Голован Н.И., Пивоваров Г.Ю. и др. Средства активации процессорных илзменгов мультипроцессора ПС-2000, УСнМ, 1984, № 2.

8. Пивоваров Г.Ю. Программный комплекс подготовки обрабаты- -вающих микропрограмм мультипроцессора ПС-2000. Тезисы доклада

У1 Всесоюзной школы "Многопроцессорные вычислительные системы", Звенигород, 1985.

9. Елисеев В.В., Ларгин В.А., Пивоваров Г.Ю. Вопросы управления обменом информацией в высокопроизводительной системе. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции "Вопросы разработки и применения средств вычислительной техники", Тбилиси, 1985.

10. Гузь С.И., Пивоваров Г.В. Никродиспетчер мультипроцессора. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Опыт разработки и внедрения технических и программных средств СМ ЭШ и АСВТ-ПС, Северодонецк, 1986.

11. Балк В.Ы., Пивоваров Г.Ю. Оптимизатор микропрограмм ПС-2000. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Опыт разработки и внедрения технических и программных средств Ш ЭШ и АСВТ-ПС, Северодонецк, 1986.

12. Итенберг И.К., Пивоваров Г.Ю. и др. Перспективы развития высокопроизводительных вычислительных комплексов на базе мультипроцессоров класса ПС-2000. ПСУ, I? II, 1987г.

13. Резанов В.В., Пивоваров Г.Ю. Перспективы развития АСВТ-ПС. Тезисы докладов Ш Всесоюзного совещания "Высокопроизводительные вычислительные системы", Таллин, 1988.

14. Итенберг И.И., Пивоваров Г.Ю., Резанов В.В. Многомашинны? мультипроцессорный вычислительный комплекс ПС2100. ПСУ, № 6, "1989.

15. А.с. Р1424570. Вычислительная система. Аедоницкий В.В., Лазебник Е.Р., Пивоваров Г.Ю. и др. Приоритет от 20 мая 1987г.

Личный вклад. Все результаты, составляющие основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно.

В работах, написанных в соавторстве (см. список опубликованных îOot), диссертантом выполнено следующее: в л разработан алгоритм шхронизатора микрокоманд при выполнении операций ветвления, в 2..' сработана структура и алгоритмы функционирования устройств управ-шин мультипроцессора ПС-2СС0 ; в 13. предложен метод проектиро-шия системы управления мультипроцессором ПС-2ССС ; в !4] прецло-и, организация интерфейса мультипроцессора ; в (.5, 15 j предложе-i структура межмультипроцессорных связей ; в ¡6; рассмотрена "Руктура и алгоритмы функционирования диспетчера диагностики и шративного контроля ; в [7J предложен механизм внешней актива-1к ; в /9" разработана структура и алгоритм функционирования уп-!вляющбго узла коммутатора внутрисистемного обмена ; в 1С. пред-)жены функции буферирования управляющей информации и способ орга-!зации очередей для подканалов прямого доступа к памяти мульти-юцесеора ; в II смодулированы основные принципы машинно-ориенти->ванной оптимизации ; а ;12' предложены методы организации вычис-1тельного процесса в перспективных многомашинных мулмипроцессор-jx комплексах ; з £13; разработана концепция развития ыультипроцес-)рных комплексов типа ПС-20С0 ; в [14? разработана система упрап-:ния ЕК ПС21СО.