Коммутация потоков и данных

В вычислительных системах типа ОКМД используется единственная память программ и несколько модулей памяти данных, устройств обработки и коммутаторов. При этом коммутируется только один поток команд, распределяемый между соответствующими устройствами обработки. Структурная схема системы типа ОКМД с учетом коммутации изображена на рис 11.

На схеме индексом 1 помечена память программ, индексом 2 - модули памяти данных, индексом 3 - коммутаторы и индексом 4 - устройства обработки (процессоры). Представленная система является ассоциативной. Каждый коммутатор при совпадении соответствующих признаков запрещает выполнение команды в. некоторых элементах ассоциативного устройства обработки, которое обычно включает в себя ассоциативную память. Пунктирной линией отмечен блок обработки в системе. Коммутация осуществляется внутри каждого блока обработки.

В вычислительных системах типа МКМД нередко используется общая (например, внешняя вспомогательная) память и несколько процессоров, которые могут иметь индивидуальную память команд и данных. Общая память коммутируется с каждым из процессоров. Для исключения конфликтов могут использоваться несколько копий одной и той же программы. Структурная схема системы типа МКМД с учетом коммутации изображена на рис 12. Здесь каждый. блок обработки содержит процессор с индивидуальной памятью команд и данных и работает в достаточной степени автономно по своей программе. Коммутаторы осуществляют внешние, по отношению к блокам обработки, функции переключения связей между этими блоками и общей памятью и составляют в вместе с ней необязательную часть системы, поскольку может быть организовано непосредственное взаимодействие между блоками обработки без участия общей памяти.

Применение вычислительных систем в таких областях, как обработка радиолокационной информации, управление воздушным движением, прогноз погоды, и им подобных связано с обработкой больших массивов информации в реальном масштабе времени. При этом обработка характеризуется интенсивными параллельными вычислениями, а массивы информации представляют собой большое число практически независимых друг от друга блоков данных. Для решения подобных задач эффективными оказываются специализированные вычислительные системы, ориентированные на экономное использование памяти. Так, например, могут быть использованы вычислительные системы, структура которых сочетает в себе особенности структур ОКМД и МКМД Обозначим структуру систем такого типа через К-МКМД - коммутируемый множественный поток команд и множественный поток данных. Структурная схема системы К-МКМД изображена нарис. 13.

В блок обработки системы входит микропроцессор селекторный коммутатор и модуль памяти данных. В каждом модуле памяти программ размещается одна из частей программы, причем каждая данная часть не копируется ни в одном из других моделей памяти программ. Селекторный коммутатор данного блока обработки подключает друг к другу память данных и микропроцессор этого блока обработки для считывания или записи данных. Если же требуется выборка команд, то селекторный коммутатор подключает к микропроцессору тот модуль памяти программ, в котором размещена соответствующая часть программы. В вычислительной.системе могут быть использованы серийные микропроцессоры.

В системах типа К-МКМД сегменты программы размещаются вразличных модулях памяти программ так, чтобы потоки команд вызывались из различных модулей этой памяти.

В качестве сегмента программы выбирается такая ее часть, которая не содержит ветвлений, зависящих от результатов обработки данных. Сегмент может содержать циклы, подпрограммы и подобные им конструкции, но в нем не должно быть условных переходов, которые могли бы потребовать переход к выполнению потока команд, обслуживаемого другим блоком обработки.

В системах типа К-МКМД информация о логической связи между сегментами программы используется для того, чтобы исключить конфликты при обращении к памяти программ со стороны различных процессоров. Каждый сегмент помещается в один из модулей памяти программ. Каждый модуль связан при помощи шин со всеми блоками обработки. Массив данных по частям располагается в обычно небольших индивидуальных модулях памяти каждого блока обработки.

При выполнении программы селекторные коммутаторы работают следующим образом. Селекторный коммутатор данного блока обработки подсоединяет к этому блоку (к микропроцессору блока) шины модулей памяти программы или же его индивидуальный модуль памяти данных для обеспечения доступа к содержимому памяти в соответствии со следующим правилом. Если требуется считать или написать слово данных, то коммутатор подключает к микропроцессору нижнюю шину (см. рис. 13), обеспечивая доступ к индивидуальной памяти данных. Бели же осуществляется выборка команды, то коммутатор подключает к микропроцессору шину соответствующего модуля памяти программы. Выбор шины осуществляется при помощи управляющего слова в регистре каждого блока обработки, которое управляет работой селекторного коммутатора. В обычном режиме управляющее слово не изменяется, поскольку блок обработки выполняет команды одного и того же сегмента программы над данными из индивидуального модуля памяти данных. Оно изменяется при переходе к выполнению блоком обработки следующего сегмента программы.

Применение изложенного способа коммутации потоков команд и данных обеспечивает возможность непрерывного выполнения сегментов программы блоками обработки. При этом не возникает конфликтов при обращении к памяти, хотя в системе не используются копии программ в различных модулях памяти.