Многопроцессорная вычислительная система

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик. и 962965(22) Заявлено 270874 (21) 2052304/18-24 И 11 М. Кп. 6 06 Е 15/16 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ленинградский институт авиационного(54) МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ .ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к вычислительной технике и может применяться при построении высокопроизводительных вычислительных систем.Известна вычислительная система, содержащая процессоры и групповой переключатель, через которйй группа процессоров подключается к межгрупповой шине 1Недостатками данной вычислительной системы являются длительное время и большая сложность процесса формирования связи между процессорами, расположенными в разных группах, что определяется централизацией функций управления обменом информацией через межгрупповую шину. По этой же причине уменьшается эффективность всей системы, поскольку сокращается удельный вес задач вычислительного характера, решаемых группой - диспетчером, а также имеет место практическое ограничение числа групп процессоров, объединенных в систему с помощью меж. групповой шины.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вычислительная система, содержащая. вычислительные машины и модули коммутации 1.2. Недостатком системы является низкие эффективность и надежность, атакже сложность наращивания ресурса, 5 так как требуются значительные затраты аппаратных и программных средсть Цель изобретения - повьааение надежности, гибкости и эффективности эа счет воэможности наращивания числа вычислительных машин.Поставленная цель достигается тем тем, что в многопроцессорную вычислительную систему, содержащуюгруппы вычислительных машин и один уровень модулей коммутации, причем вычислительные машины каждой группы соединенены через шины связи с соответствующим модулем коммутации, введены дополнительные уровни модулей коммутации, причем на каждом уровне модули коммутации объединены в группы и модули коммутации каждой группы более низкого уровня соединены через шины связи с соответствующим модулем коммутации более высокого уровня.Каждый модуль коммутации содержит устройство управления коммутацией, управляемый двунаправленный коммутатор, память, блок сравнения и блок элементов И, причем первые три вы 9 б 29 б 5хода устройства управления коммутацией соеднены с входами управляемого двунаправленного коммутатора соединенного двусторонней связью с блоком элементов И, вход которого соединен с четвертым выходом устройства 5управления коммутацией, пятый выход которого через память соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом устройстна управления коммутацией, второй О вход которого и управляемый двунаправленный коммутатор соединены с одной шиной связи модуля коммутации, блок сравнения и блок элементов И соединены с другой шиной снязи модуля коммутации.устройство управления коммутацией содержит блок управления, первый вход которого соединен с вторым входом устройства, первый выход ьлока управления соединен с первым выходом уст-. ф ройства и первыми входами первого, второго и третьего элементов И, первого регистра указателей и регистра фиксации пути, выход которого соединен с третьим выходом устройства и 25 .вторым входом первого элемента И,первый выход первого регистра указателей соединен с вторым выходом устройства и вторым входом второго, элемента .И, второй выход первого регистра указателей соединен с вторым входам третьего элемента И, выходы элементов И соединены с вторым нходом блока управления и через последовательно соединенные первый приоритетный блок и 35 дешифратор с вторыми входами регистра фиксации пути и первого регистра указателей, второй выход блока управления соединен с первыми входами второго приоритетного блока и узла определения числа единиц, третий выход блока управления соединен с входами регистра свободных узлов и второго регистра указателей, выход которого через узел определейия числа единиц 45 соединен с третьим входом блока управления, выход регистра свободных узлов через второй приоритетный блок соединен с пятым выходом устройства, четвертые вход и выход блока управ-. ления соединены соответственно с первым входом и четвертым выходом устройства.На фиг. 1 приведена структурная схема многопроцессорной вычислительной системы, на Фиг. 2 вструктурная 55 схема модуля 2 коммутации на Фиг.З- структурная схема устройства управления коммутацией; на Фиг. 4 - пример выполнения структурной схемы блока управления. бОИногопроцессорная вычислительная система содержит вычислительную машину 1, модуль 2.коммутации, шины 3 связи, модуль 2 коммутации содержит устройство 4 управления коммутацией, 65 управляемый двунаправленный коммута тор 5, память б, блок 7 сравнения, блок 8 элементов И, устройство 4 управления коммутацивй состоит из блока 9 управления, узла 10 определения числа единиц, приоритетных блоков .11 и 12, регистров 13 и 14, регистра 15 свободных узлов, дешифратора 16, регистра 17 фиксации пути и элементов И 18-20, блок 9 управления состоит из регистра 21 микрокоманд, дешифратора 22, коммутаторон 23-2 б, моди". фикатора 27 адреса и памяти 28.Многопроцессорная вычислительная система работает следующим образом.Модули 2 коммутации образуют многоуровневое. устройство с регулярной структурой связей для коммутации вычислительных машин 1. Через шины 3 к каждому модулю подключаются либо вычислительные машины 1, либо другие модули 2 более нижнего уровня. йктинные процессоры могут устанавливать соединения с свободными процессорами для подстройки внутренней структуры системы под структуру решаемой задачи через модули 2 с помощью волновых команд поиска к свободным процессорам. При поступлении в модуль 2 по шине 3 волновых команд поиска пути блок 9 выдает их со своего выхода на приоритетный блок 11, который выделяет самую приоритетную входную линию и формирует ее двоичный код, Двоичный код приоритетного входа, по которому поступает волновая команда поиска путИ, преобразуется дешифратором 16 в унитарный код и записывается н, регистр 13,Код с выхода регистра 13, через элемент И 19 поступает в блок 9 для передачи его н предшествующий модуль 2 коммутации более низкого уровня с целью подтверждения принятия к исполнению волновой команды. Инверсный код с выхода регистра 13 через элемент И 20 аналогичным образом передается в модули 2 коммутации предшествующего уровня в качестве квитанции отказа на установление соединения. Выделенная команда поиска через управляемый двунаправленный коммутатор 5 по всем свободным линиям выдается в модули 2 следующих уровней, где алгоритм ее обработки аналогичен описанному. После того, как команда поиска пути дойдет до свободного процессора, последний вЫдает команду фиксации пухи, которая обеспечивает закрепление .соединения через управляемый двунаправленный коммутатор 5 посредством записи унитарного кода эакрепляемой линии в регистре 17. Код с выхода регистра 17 через Ьлемент И 18 поступает вр блок 9 и используется для передачи в предшествующий модуль 2 для фиксации соединения.Таким образом всегда обеспечивается установление связи с ближайшим свободным процессором, поскольку команда фиксации пути от него придет раньше и заблокирует возможность установления соединений по дру ,гим направлениям, которые в данном случае соответствуют более длинным связям. Для обеспечения возможности межпроцессорного обмена более двух процессоров в модуле 2 коммутации 10 может быть организовано разветвление типа дерева, Для этого в соответствующий регистр памяти б записывается номер уровня, который хранится в регистре 13 и считывается блоком 9 че рез узел 10, а также номер очередного узла на данном уровне, который считывается из регистра 15 и выделяется приоритетным блоком 12. При обращении к соответствующему процес О сору по номеру узла на данном уровне блок 7 выявляет совпадение его с кодом, хранящимся в одном из регистров памяти 6, при этом на одном из ее вы-, ходов вырабатывается соответствующий 25 сигнал. По этому сигналу блок 9 под" ключает через .один иэ элементов И блока 8 выделенную ветку к основному каналу для обеспечения соединения ве" дущего процессора с необходимый ему ведомым процессором, связь с которым была установлена ранее.Таким образом, изобретение обладает высокой надежностью, поскольку от,казы отдельных процессоров не нарушают нормального функционирования всей системы в целом, а могут привести лишь к некоторым потерям в быстродействии или объеме оперативиой памяти. В изобретении обеспечивается гибкая перенастройка межпроцессорных связей 40 для отображения в структуре вычислительной систелы структуры. данных и программ на языке высокого уровня. Эа счет подключения неограниченного числа процессоров беэ изменения пара метров элементов системы и ранее существующей структуры связей между элементами в предлагаемом изобретении достигается значительное повышение эффективности вычислительной сис- у темы. Формула изобретения551. Многопроцессорная вычислительная система, содержащая группы вычислительных машин и один уровень модулей коммутации, причем вычислительные машины каждой группы соединены через шины связи с соответствующим модулем коммутации, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, гибкости и эффективности за счет возможносТи наращивания числа процессоров, в нее введены дополнительные 65 уровни модулей коммутации, причемна каждом уровне модули коммутацииобъединены в группы и модули коммутации каждой группы более низкогоуровня соединены через шины связи ссоответствующим модулем коммутацииболее высокого уровня.2. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что каждйй модулькоммутации содержит устройство управления коммутацией, управляемый двуна.правленный коммутатор, память, блок сравнения и блок элементов И, причем первые три выхода устройства управления коммутацией соединены с входами управляемого двунаправленногокоммутатора, соединенного двусторонней связью с блоком элементов И,входкоторого соединен с четвертым выходомустройства управления коммутацией, пятый выход которого через память соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом устройства управления коммутацией, второй вход которого и управ ляющий двунаправленный коммутатор соединены с одной шиной связи модуля коммутации, блок сравнения и блок элементов И соединены с другой шийой связи модуля коммутации.3. Система по п. 2, о т л и ч а ющ а я с я,тем, что, устройство управления коммутацией содержит блок управления, первый вход которого соединен с Угорым входом устройства, первый выход блока управления соединен с первым выходом устройства и первыми входами первого, второго и третьего элементов И, первого регистра,указателей и регистра фиксации пути, выход которого соединен с третьим выходом устройства и вто" рым входом первого элемента И, первый выход первого регистра указате-лей соединен с вторым выходом устрой ства и вторым входом второго элемента И, второй выход первого регистраказателей соединен с вторым входом третьего элемента И, выходы элементов И соединены с вторым входом блока управления и через последовательно соединенные первый приоритетный блок и дешифратор с вторыми входами регистра фиксации пути и первого регистра указателей, второй выход блока управления соединен с первыми входами второго приоритетного блока и узла определения числа единиц, третий выход блока управления соединен с входами регистра свободных узлов и второго регистра указателей, выход которого через узел определения числа единиц соединен с третьим входом блока управления, выход регистра свободных узлов через второй приоритетный блок соединен с пятым выходом устройства, четвертые вход и выходблока управления соединены соответственно с первым входом и четвертым выходом устройства.Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе1. Косле 1 а Г,.апд апц 6,У, ТЬе де%дп оГ а НдЬ 1 у Рага 11 е 1 Со 1 рцйег Огцаплайоп, ЕЕЕ ТгапвасФ 1 опв оп Сощрнйега 1 ипе 1969, с. 18, 9 6, р. 520-529.2. Поспелов Д.А. Введение в теорию вычислительных систем, М., ,"Сов. радио", 1972, 9 4.2 (прото- . тип).,филиал 70 Тираж 731НИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откры 13035, Москва, Ж, Раушская Подписноеа СССРийнаб., д. 4/5