Арбитр ы в мультипроцессорных системах

1. Арбитры в мультипроцессорных системах

2. Арбитры • Используются для разрешения конфликтных ситуаций на аппаратном уровне • Арбитры принимают от процессоров сигналы требования доступа ri и формируют сигналы предоставление доступа qi. • Основная задача при получении нескольких сигналов требования доступа сформировать один сигнал предоставление доступа. • Арбитры: • Децентрализованные – отдельные блоки, входящие в состав ПМ. • Централизованные – реализованы в виде одного устройства.

3. Централизованные арбитры реализуют различные дисциплины обслуживания очередей. • Каждый ПМ связан с арбитром собственными линиями требования/предоставления доступа. • Преимущество – высокие функциональные возможности. • Недостатки • высокая аппаратурная сложность устройства, большое количество линий связи, • большая длительность цикла арбитража, • сложности с масштабированием системы, • наращивание количества процессоров влечет за собой изменение аппаратурных средств и алгоритма управления устройства.

4. Распределенный арбитр представляет собой отдельные блоки встроенные в ПМ, функционирование основано на принципе приоритетных цепочек. • Преимущества • простота реализации, • простота наращивания процессорных модулей, • соответствие концепции модульной архитектуры. • Недостатки • высокое время обслуживания требований доступа, • невозможность реализации дисциплин обслуживания очередей. • реализация географических приоритетов, т.е. чем дальше ПМ расположен от начала цепочки, тем меньше шансов обслуживания, при высокой интенсивности требований доступа наиболее удаленные П могут оказаться в тупиковой ситуации и не получить доступа вообще. • Повышение производительности – реализация динамических приоритетов

5. Организация приоритетной цепочки

6. Распределенный арбитр с фиксированными приоритетами

7. Синтез Принцип функционирования ri – требование доступа. bsi – входной сигнал, 1 – шина занята, 0 – шина свободна bso – выходной сигнал, 1 – захвачена, 0 – свободна di / do - входной / выходной сигнал цепочки qi – предоставление доступа

8. Распределенный арбитр с динамическими приоритетами st – установка максимального приоритета А1 – пассивное состояние, ожидание сигнала ТД, или ожидание обслуживания по цепочке. А2 – захват шины, передача данных через системную шину. А3 – процессор сбрасывает сигнал ТД и переходит в состояние – максимальный приоритет (начало цепочки).

9. Управляющий автомат • Тип автомата: Мили • Мура • Способ управления: Синхронный • Асинхронный • Метод синтеза: • Временные функции • Декомпозиция триггеров

10. Централизованные арбитры • метод приоритетной цепочки • метод индивидуального обслуживания заявок • метод циклического обслуживания заявок

11. Метод приоритетной цепочки • Преимущества, малое количество связей простота наращивания процессорных модулей, концепция модульной архитектуры • Недостатки, географические приоритеты

12. Метод циклического обслуживания запросов • Решает проблему уменьшения количества линий связи, уменьшает длительность процесса арбитража, по отношению к распределенными арбитрами, возможна реализация как фиксированных так и динамических приоритетов. r – монтажное И, линия требования прерывания ТП, поступает на вход арбитра; bs – монтажное И, линия блокирования СШ q – s-розрядный код.

13. Синтез централизованного арбитра • Реализация по методу циклического опроса запросов. • Тип управляющего автомата - синхронный, Мура • Метод временных функций / метод декомпозиции триггеров

14. Кодирование состояний

15. Комбинационная схема автомата

16. Синтез счетчика

17. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 Счетчик считает в коде Грея 0 1 3 2 6 7 5 4 12 13 15 14 10 11 9 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

18. Реализация управления в арбитрах Распределенные арбитры Централизованные арбитры Синхронные автоматы – Синхронизация в каждом арбитре своя, необходимость общей синхронизации + + + Асинхронные автоматы Метод декомпозиции триггеров Метод временных функций

19. Реализация динамического приоритета в централизованных арбитрах • Динамический приоритет реализован за счет отсутствия сброса счетчика, при выдаче очередного запроса на прерывание на линию ТП – последнее обслуженное устройство имеет максимальный приоритет • Реализация по методу циклического опроса запросов. • Тип управляющего автомата - синхронный, Мура • Метод временных функций Состояние счета Дополнительная вершина

20. Синтез централизованного арбитра • Альтернативный способ эффективный при небольшом количестве процессоров, имеет низкие аппаратурные затраты за счет отсутствия счетчика • Реализация по методу циклического опроса запросов. • Тип управляющего автомата - асинхронный, Мура • Метод временных функций

21. Таблица переходов автомата

22. Синтез централизованного арбитра с динамическими приоритетами • Реализация по методу циклического опроса запросов. • Тип управляющего автомата - синхронный, Мура • Метод временных функций / метод декомпозиции триггеров

23. Арбитры с индивидуальным обслуживанием запросов Программная реализация алгоритмов обслуживания очередей Контроллеры Специализированные схемы на ПЛИС Аппаратная реализация алгоритмов обслуживания очередей

24. Пример аппаратной реализации арбитра с индивидуальным обслуживанием запросов Приоритетный шифратор Cнято требование прерывания Есть запрос прерывания Управление записью в регистр

25. МНОГОМАГИСТРАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ • повышение эффективности обмена информацией, • большие возможности в плане реконфигурации систем, • требует больших аппаратурных затрат.

26. Основные особенности мультипроцессорной системы – обеспечение доступа к системной магистрали и средства коммутации обеспечивающие отключение устройств от системной шины – реконфигурацию системы. Специальные управляющие регистры (запись команды) + коммутаторы управляемые этими командами Арбитры + селектор адреса

27. Реконфигурация системы

28. Фрагмент вычислительной системы для курсового проекта