Архитектура многопроцессорной системы
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( январь 2019 г. ) |
Многопроцессорная система определяется как «система с более чем одним процессором», а точнее, «несколько центральных процессоров, связанных вместе для обеспечения параллельной обработки». [1] [2] [3]
Основная цель мультипроцессора — повысить скорость выполнения системы. Другими целями являются отказоустойчивость и согласование приложений. [4]
Термин «мультипроцессор» можно спутать с термином « многопроцессор ». Хотя многопроцессорность — это тип обработки, при котором два или более процессора работают вместе для одновременного выполнения нескольких программ, многопроцессорность относится к аппаратной архитектуре, которая позволяет выполнять многопроцессорную обработку. [5]
Многопроцессорные системы классифицируются в зависимости от того, как осуществляется доступ к памяти процессора и являются ли системные процессоры одного типа или различных.
Типы многопроцессорных систем [ править ]
Существует множество типов многопроцессорных систем:
- Слабосвязанная многопроцессорная система
- Тесно связанная многопроцессорная система
- Однородная многопроцессорная система
- Гетерогенная многопроцессорная система
- Многопроцессорная система с общей памятью
- Многопроцессорная система с распределенной памятью
- Система унифицированного доступа к памяти (UMA)
- система cc–NUMA
- Гибридная система – общая системная память для глобальных данных и локальная память для локальных данных.
Слабосвязанная (распределенная память многопроцессорная система )
В слабосвязанных многопроцессорных системах каждый процессор имеет собственную локальную память, каналы ввода-вывода (I/O) и операционную систему . Процессоры обмениваются данными по высокоскоростной сети связи, отправляя сообщения с помощью метода, известного как « передача сообщений ». Слабосвязанные многопроцессорные системы также известны как системы с распределенной памятью, поскольку процессоры не совместно используют физическую память и имеют отдельные каналы ввода-вывода.
Характеристики системы [ править ]
- Эти системы способны выполнять программирование с использованием нескольких инструкций на нескольких данных (MIMD).
- Этот тип архитектуры обеспечивает параллельную обработку .
- Распределенная память хорошо масштабируема.
система ) многопроцессорная
Многопроцессорная система с общей памятью, тесно связанной с процессорами.
Симметричная многопроцессорная система — это система с централизованной общей памятью, называемой основной памятью (MM), работающая под управлением одной операционной системы с двумя или более однородными процессорами.
Существует два типа систем:
- Единая система доступа к памяти (UMA)
- система НУМА
Система унифицированного доступа к памяти (UMA) [ править ]
- Гетерогенная многопроцессорная система
- Симметричная многопроцессорная система (СМП)
Гетерогенная многопроцессорная система [ править ]
Гетерогенная многопроцессорная система содержит несколько, но не однородных, процессоров — центральные процессоры (ЦП), графические процессоры (ГП), процессоры цифровых сигналов (ЦСП) или любые типы специализированных интегральных схем (ASIC). Архитектура системы позволяет любому ускорителю – например, графическому процессору – работать на том же уровне обработки, что и центральный процессор системы.
Симметричная многопроцессорная система [ править ]
Системы, работающие под управлением одной ОС ( операционной системы ) с двумя и более однородными процессорами и с централизованной общей основной памятью.
Симметричная многопроцессорная система (СМП) — это система с пулом однородных процессоров, работающих под управлением одной ОС, с централизованной общей основной памятью. Каждый процессор, выполняющий разные программы и работающий с разными наборами данных, имеет возможность совместно использовать общие ресурсы (память, устройство ввода-вывода, систему прерываний и т. д.), которые подключаются с помощью системной шины, кроссбара или их комбинации. из двух или адресную шину и перекрестную панель данных.
Каждый процессор имеет собственную кэш-память, которая действует как мост между процессором и основной памятью. Функция кэша заключается в устранении необходимости доступа к данным основной памяти, тем самым уменьшая трафик системной шины.
Использование общей памяти обеспечивает единое время доступа к памяти (UMA).
система cc-NUMA [ править ]
Известно, что система SMP имеет ограниченную масштабируемость. Чтобы преодолеть это ограничение, обычно используется архитектура под названием «cc-NUMA» (когерентность кэша – неравномерный доступ к памяти). Основной характеристикой системы cc-NUMA является наличие общей глобальной памяти, которая распределяется по каждому узлу, хотя эффективный «доступ» процессора к памяти подсистемы удаленного компонента или «узла» происходит медленнее по сравнению с локальной памятью. доступ, поэтому доступ к памяти является «неравномерным».
Система cc-NUMA представляет собой кластер систем SMP, каждая из которых называется «узлом», который может иметь один процессор, многоядерный процессор или смесь двух процессоров одного или другого типа архитектуры, соединенных через высокоскоростная «сеть соединений», которая может представлять собой «канал связи», который может представлять собой одинарное или двойное обратное кольцо, или многокольцевое соединение «точка-точка», [6] [7] или их сочетание (например, IBM Power Systems [6] [8] ), соединение шин (например, NUMAq [9] ), «перекладина», «сегментированная шина» ( NUMA Bull HN ISI ex Honeywell , [10] ) « сетчатый маршрутизатор » и т. д.
cc-NUMA также называют архитектурой «распределенной общей памяти» (DSM). [11]
Разница во времени доступа между локальной и удаленной памятью также может составлять порядок величины в зависимости от типа используемой сети соединений (быстрее при соединении по сегментированной шине, перекрестной шине и двухточечному соединению; медленнее при последовательном кольцевом соединении).
Примеры взаимосвязи [ править ]
большой удаленный кэш (см. Удаленный кэш Чтобы преодолеть это ограничение, обычно используется ). Благодаря этому решению система cc-NUMA становится очень близкой к большой системе SMP.
слабосвязанная Сильно связанная и архитектура
Обе архитектуры имеют компромиссы, которые можно резюмировать следующим образом:
- Слабосвязанные архитектуры обеспечивают высокую производительность каждого отдельного процессора, но не позволяют легко балансировать нагрузку между процессорами в реальном времени.
- Тесно связанные архитектуры обеспечивают легкую балансировку и распределение нагрузки между процессорами, но страдают от узкого места, заключающегося в совместном использовании общих ресурсов через одну или несколько шин.
умножением данных система с глобальным Многопроцессорная
Промежуточный подход между подходами двух предыдущих архитектур заключается в наличии общих и локальных ресурсов, таких как локальная память (LM), в каждом процессоре.
Общие ресурсы доступны со всех процессоров через системную шину, тогда как локальные ресурсы доступны только локальному процессору. Кэш-память можно рассматривать с этой точки зрения как локальную память.
Эта система (запатентована Ф. Зулианом [12] ), используемый в системе на базе Unix DPX/2 300 (Bull Hn Information Systems Italia (ex Honeywell)), [13] [14] представляет собой смесь тесно и слабо связанных систем и использует все достижения этих двух архитектур.
Локальная память разделена на два сектора: глобальные данные (GD) и локальные данные (LD).
Основная концепция этой архитектуры заключается в наличии глобальных данных, которые представляют собой изменяемую информацию, доступную всем процессорам. Эта информация дублируется и хранится в каждой локальной памяти каждого процессора.
Каждый раз, когда глобальные данные изменяются в локальной памяти, аппаратная трансляция записи отправляется на системную шину во все другие локальные памяти для поддержания согласованности глобальных данных. Таким образом, глобальные данные могут быть прочитаны каждым процессором, обращающимся к своей собственной локальной памяти, без использования системной шины. Доступ к системной шине требуется только тогда, когда глобальные данные изменяются в локальной памяти для обновления копии этих данных, хранящейся в других локальных памяти.
Локальными данными можно обмениваться в слабосвязанной системе посредством передачи сообщений.
Ссылки [ править ]
- ^ «Определение и значение мультипроцессора — Словарь английского языка Коллинза» . www.collinsdictionary.com .
- ^ «Данные» (PDF) . www.cs.vu.nl.
- ^ «Мультипроцессор – определение мультипроцессора на английском языке в Оксфордском словаре» . Оксфордские словари — английский язык . Архивировано из оригинала 4 ноября 2018 года.
- ^ «Что такое мультипроцессор? — Определение из Техпедии» . Techopedia.com .
- ^ «Определение словаря многопроцессорности — определено многопроцессором» . www.yourdictionary.com .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Системы AMD Opteron с общей памятью MP – http://www.cse.wustl.edu/~roger/569M.s09/28_AMD_Hammer_MP_HC_v8.pdf
- ^ Введение в Intel® QuickPath Interconnect – http://www.intel.ie/content/dam/doc/white-paper/quick-path-interconnect-introduction-paper.pdf
- ^ «Обзор систем IBM POWER» . Computing.llnl.gov .
- ^ SourceForge – http://lse.sourceforge.net/numa/faq/system_descriptions.html
- ^ Bull HN F. Zulian - Патент А. Zulian - Компьютерная система с шиной, имеющей сегментированную структуру - http://www.freepatentsonline.com/6314484.html
- ^ Архитектура NUMA – http://www.dba-oracle.com/real_application_clusters_rac_grid/numa.html
- ^ «Многопроцессорная система с глобальным умножением данных» .
- ^ «ЮНИКС и Бык» . www.feb-patrimoine.com .
- ^ «Бык DPX» . www.feb-patrimoine.com .