Введение к работе
Актуальность темы. Разработка высокопроизводительных ыулътимикропр цессорных систем (ШЛО) является одним из современных путей развития вычислительной техники, обусловленный как крупными достижениями интегральной технологии, так и постоянно распирающейся сферой компьютеризации научных и производственно-технических задач. Особенности, присущие мульти-(.ажропроцесссрным вычислительным системам, показывают отход их разработчиков от традиционной фон-неймановской архитектуры: они нацелены на резкое- повышение производительности 8а счзт параллельной обработки данных и на создание высоконадегкных вычислительных систем, не чувствительных к отказам отдельных компонентов. Планирование и управление вычислительными процессами в таких системах является достаточно сложной проблемой, а.эффективность использования ШЛЮ в большей степени зависит от структурно-алгоритмической организации системы.
Анализ опыта разработки и использования средств 'вычислительной техники показывает, что создание эффективных специализированных систем, например, для управления транспортными
- з -средствами, атомными электростанциями,- системами обороны, автоматизированными системами контроля и жизнеобеспечения в условиях медицинских учреждений, технологическими и др. процессами, возможно ті зко при использовании в них высоконадежных вычислительных систем. Применение высоконадежных структур ШПС позволяет значительно снизить экономические потери, которые неизбежны при возникновении сбоев и отказов в процессе эксплуатации и повысить эффективность управления с^ъектами.
Дальнейший прогресс в области создания высокоэффективных специализированных ММЮ (СМШЮ) невозможен без решения важных пробле-- из области аппаратного и программного обеспечения, к числу которых относятся организация быстродействующих средств связи (СО) для обмена информацией между компонентами СМнТЮ.
Главной характерной чертой большинства работ в этой области является то, что уменьшение времени решения сложной задачи в ШГО предлагается достигать за счет одновременного выполнения ее нескольких параллельных фрагментов и решения координирующих, задач. Обмен информацией между задачами осуществляется через внутрисистемные средства связи, пропускная способ-кость, надежность и некоторые другие показатели которых оказывают существенное влияние на системные характеристики }МЮ в целом.
Таким образом, построение высоконадежных и быстродействующих средств связи для ШГО является важной и актуальной иауч-но-техничесілй задачей, решение которой требует исследивания новых методов структурной организации как проблемно-ориентированных НМПС в целом, таї: и отдельных их компонентов (процессорных элементов, средств сопряжения и т. д.), а тага создания инструментальных средств, облегчающих выбор структурных решений СО для проектируемых СШПС.
Иетоды исследования. Для ревения поставленных задач используются методы теории вычислительных машин и систем, теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории надежности, теории множеств и др.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. Предложена методика оценки эффективности СММПС на основь матричных коммутаторов и многокаскадных коммутирующих сетей, позволяющих целенаправленно проводить выбор структуры системы с учетом заданных технико-экономических требований.
-
Предложены и исследованы структуры матричных коммутаторов, позволяющие расширить функциональные возможности средств свячи для специализированных ШГО за счет одновременного образования нескольких каналов связи.
-
Разработаны коммутирующие элементы с настройкой по символическим именам, которые позволяют осуществлять реконфигурацию системы обмена информации и обеспечивать высокую наг дехноеть ее функционирования.
-
Разработана структура системы распределения заданий между модулями СМЫПС, обеспечивающая повышение производительности системы и минимизацию числа конфликтных ситуаций в системе.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
Проведенные теоретические исследования послужили основой для разработки структуры специализированной высокопроизводительной ЫЫПС для геологоразведочных и транспортных судов, обладающей высокой отказоустойчивостью и обеспечивающей управление параллельными процессами со сложными взаимосвязями. Кроме того, разработаны структуры матричных коммутаторов и коммутирующие элементы с настройкой по символичзским именам, позволяющие повысить надежность средств связи ШЛО и осуществлять реконфигурацию системы обмена информации. Практическая ценность и техническая новиэна разработанных структур подтверждается авторскими свидетельствами СССР.
Реализация и внедрение результатов работы.
Теоретические и практические, результаты диссертационной работы использовались в хоздоговорных работах кафедры специализированных компьютерных систем Киевского политехнического института: "Разработка структуры специализированной высокопроизводительной мультипроцессорной системы" (проект "Сигма"), "Разработка отказоустойчивого резервированного модуля управления для цифровой коммутационной станции" и "Построение высокоскоростных узлов быстрой коммутации пакетов".
Предложенная структурно-алгоритмическая организация систем параллельного обмена информации использована в работах Украинского научно-исследовательского института связи, что ьлдтверждено соответствующей сп, »вкой об использовании результатов диссертационной работы.
Апробация работы. Основныз результаты работы дышадыва-
лясь и обсуждались на:
научно-техническом семинаре "Микропроцессоры и микроэвм в контрольно-измерительной аппаратуре связи", г. Киев, 1990г.;
республиканс й научно-технической конференции "Вазы знаний и экспертные системы в АСНИ", г.Севастополь, 1990г.;
на,"чно-технической школе-семинаре "Теория и практика построения функционально-ориентированных вычислительных систем обработки информации", г. Каменец-Подольский, 1990».;
научно-технической конференции "Статистический синтез и анализ информационных систем", г. Севастополь, 1991г.;
научно-технической конференции "Применение вычислительной техники и математических методов в научных и экономических исследованиях", г. Шацк, 1991г.;
научно-технической конференции "Пробл<*мы построения цифровых сетей интегрального обслуживания", г. Киев, 1993г.;
-научно-технических семинарах кафедр вычислительной техники и специализированных вычислительных средств Киевского политехнического института
По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 авторских свидетельства СССР. Кро-fcs того, значительная часть практических результатов нзлоліена в рукописных отчетах о выполнении 'Л№.
Структура и объем работа Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (124 названий) и приложения. Основное содержание работы изложено на /2о страницах машинописного текста Работа содержит 33 иллюстраций и 4 таблицы.
Во введении обоснована актуальность решаемой диссертационной работе проблемы, сформулированы цель и основные задачи исследования.
В первой главе рассмотрены особенности функционирования специализированных систем и обоснована необходимость их организации на базе ММШ. Проведен анализ существующих средств обмена информации в ММШ.
Во второй главе представлена методика оценки эффективности обменных взаимодействий в ШЛО. Рассмотрена модель для оценки производительности 1АЯІС на основе матричного коммутатора. Изложена аналитическая модель многокаскадной коммутирующей сети, функционирующей в ретле со случайным распределением ад-
- б -
ресов назначения запросов.
Третья глав; посвящена вопросам реализации внутренних систем связи в ММПС на базе матричных коммутаторов. Описан способ нас:..юйки коммутаторов по символическим именам, позволяющий одновременно образовывать несколько каналов связи. Предложены способы построения структур матричных коммутаторов, обеспечивающих простоту реконфигурации систем связей. Выполнены сравнительные характеристики описываемых решений с извеет-ными коммутационными ВИС. Разработана структура системы распределения заданий' меі«ду модулями ММПС, позволяющей повысить производительность системы.
В четвертой главе содержится описание разработанных структур специализированных ММПС. Описана структурная организация коммутационного поля в центрах быстрой коммутации пакетов для широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы.
В приложении приведена справка об использовании основных результатов диссертационной работы.