Классификация архитектур вычислительных систем

Многопроцессорные системы микропроцессорной системы содержат много простых процессоров, каждый из которых выполняет свою часть задания. Структура каждого процессора наиболее приспособлена для удовлетворения потребностей выделенной ему части задания. Это позволяет распараллеливать задания.

В однопроцессорной системе используется один поток команд, один процессор и один поток данных (рис. 15).

Структура «один поток команд – много потоков данных» содержит несколько простых центральных процессорных устройств – CPU, соединенных друг с другом и памятью регулярным образом, они образуют матрицу, в узлах которой размещаются процессоры (рис. 16). Здесь решается сложная проблема распараллеливания алгоритмов решаемых задач для обеспечения загрузки CPU.

Рис. 15. Структура организации однопроцессорной системы обработки информации	Рис. 16. Структура организации многопроцессорной системы обработки информации

Структура «много потоков команд – один поток данных» представляет собой конвейерную микропроцессорную систему (рис. 17). Она имеет регулярную структуру в виде цепочки последовательно соединенных CPU, в которой информация с выхода одного из процессоров поступает на вход другого по конвейеру. В ней идет одинарный поток информации. Но к каждому процессору поступает своя команда.

Р ис. 17. Структура организации системы обработки информации

много потоков команд – один поток данных

Может использоваться система из нескольких конвейеров «много потоков команд – много потоков данных» (рис. 18).

Р ис. 18. Структура организации системы обработки информации

много потоков команд – много потоков данных

Управление ресурсами вычислительной системы

В системах оперативной обработки информации в качестве критерия эффективности используется среднее время обслуживания заявок. Если время решения отдельной заявки известно, то минимальное среднее время будет при их обслуживании в порядке роста времени их решения. Если время решения отдельных заявок соответственно составляет 3, 4 и 5 единиц, то их можно расположить разными способами, при этом время обслуживания отдельных заявок и среднее время обслуживания определится так, как указано в таблице 3.

Таблица 3

Вариант расположения заданий	Время обслуживания заявок	Среднее время обслуживания
3,4,5	3,7,12	(3+7+12)/3=22/3
4,3,5	4,7,12	23/3
5,4,3	5,9,12	26/3

Самое короткое среднее время получается при расположении заявок в порядке возрастания времени их выполнения.

В реальных системах оперативной обработки информации априорная информация о времени обработки отсутствует. В системе обслуживания используют средства, обеспечивающие выявление коротких и длинных работ в ходе вычисления.

Простейшее правило этого требования (минимальное среднее время получения решения) дает алгоритм циклического обслуживания RR (Round-Robin) (рис. 19).

Рис. 19. Схема организации алгоритма циклического обслуживания

Заявки из очереди выбираются на обслуживание в порядке их поступления. Для обслуживания заявки отводится квант времени, в течение которого выполняется несколько тысяч операций. Если за это время заявка выполняется, то она покидает очередь. Если времени не хватило, то она перемещается в конец очереди, где ожидает предоставления ей нового кванта времени.

Для обеспечения еще более быстрой реакции для выполнения коротких заявок используется алгоритм многоуровневого циклического планирования, который работает следующим образом.

Заявка на выполнение работ поступает в очередь №1. Для выполнения она получает квант времени. Если за это время заявка выполняется, то она покидает очередь. Если же заявка не была выполнена, то она переходит в очередь №2. Точно также заявка может перейти и в очередь №3, 4 и так далее, если не успеет выполниться в этих очередях с последовательно нарастающим временем обслуживания заявок.

Пока в очереди №1 есть хотя есть хотя бы одна заявка, следующая очередь не будет обслуживаться. И только когда в этой очереди не останется заявок, начнется обслуживание следующей очереди.

В очередях кванты времени могут быть постоянными, но могут и расти с ростом номера очереди.

При планировании работ заявки могут получать свои приоритеты, тогда в первую очередь будет обслуживаться заявка с более высоким приоритетом.

В случае небольшого объема памяти загрузка в нее большого количества программ невозможна, тогда должна происходить смена загружаемых в память программ, что называется свопингом. В этом случае эффективно вначале выполнять более короткие задания, которые выполняются быстрее, что уменьшает свопинг.