Общая структура МП-системы

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу “Мультипроцессорные системы”.

 

 

Тема

Спецификация многопроцессорных систем компании Intel

 

 

Выполнил студент группы С-102 Курбатов К.А.	Руководитель Денисов А.В.
Подпись _____________________	Подпись _____________________

 

Москва 1999

Содержание

 

Содержание................................................................................................................................................................ 2

Введение....................................................................................................................................................................... 3

Область применения......................................................................................................................................... 5

Общая структура МП-системы.................................................................................................................. 6

Основные компоненты.................................................................................................................................. 7

Системная память.................................................................................................................................................... 8

Шина расширения ввода-вывода....................................................................................................................... 8

Спецификация аппаратных средств.................................................................................................. 9

Конфигурация системной памяти.................................................................................................................... 9

Кэшируемость и доступность физической памяти для процессоров............................................ 10

Требования к реализации внешних кэшей.................................................................................................. 10

Управление памятью (блокировка)................................................................................................................. 10

Упорядочение записей в памяти..................................................................................................................... 11

Управление прерываниями................................................................................................................................. 11

Режимы прерывания............................................................................................................................................... 11

Распределение системы прерываний на локальном блоке APIC...................................................... 12

Отображение памяти APIC.................................................................................................................................. 12

Таймеры интервалов.............................................................................................................................................. 13

Поддержка перезагрузки...................................................................................................................................... 13

Таблицы конфигурации МП-систем.................................................................................................. 14

Структура указателя переходов...................................................................................................................... 14

Таблица конфигурации МП-системы............................................................................................................. 14

Функции BIOS в МП-системе.............................................................................................................................. 15

Унифицированные ОС нового поколения для SMP-систем.......................................... 15

Многозадачность.................................................................................................................................................... 16

Многопотоковая архитектура.......................................................................................................................... 17

Симметричные многопроцессорные SMP-системы................................................................................ 18

Сильносвязанная многопроцессорная обработка................................................................................... 18

Стандартизация многопроцессорной обработки.................................................................................... 19

Унифицированные ОС нового поколения................................................................................................... 20

Выводы......................................................................................................................................................................... 21

Список литературы.......................................................................................................................................... 22

 

Введение

Предложенная компанией Intel спецификация многопроцессор­ных (МП) систем (MPS - Multiprocessor Specification V. 1.1) определяет дополнения к стандарту, ис­пользуемому производителями компьютеров при проектирова­нии DOS-совместимых систем. Операционные системы, рас­считанные на многопроцессор­ную среду, позволят запускать в работу МП-системы, совмести­мые с этой спецификацией, без дополнительной настройки. Спецификация ориентирована на разработчиков РС/АТ-совместимых МП-платформ на основе архитектур процессоров и кон­троллеров APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) компании Intel. Тер­мин «РС/АТ-совместимый» ис­пользуется в данной работе чтобы характеризовать компо­ненты, видимые (доступных) для программных средств.

Главная цель спецификации — определить стандартный интерфейс для МП-платформ, который позволит расширить область применения РС/АТ-платформ по сравнению с традиционными однопроцессорными платформа­ми, в то же время сохраняя полную совместимость с PC/AT на уровне про­грамм.

Наличие спецификации позволит создавать рабочие станции высокого класса и серверы масштаба предприятия с хорошим отношением «цена/про­изводительность» и с возможностью исполнения всех существующих про­грамм для ПК, а также сформирует фундамент для программных пакетов для микроядерных ОС МП-систем.

Сердцем спецификации являются структуры данных, определяющие конфигурацию МП-системы (рис. 1). Эти структуры данных создает BIOS, в известном формате представляя аппаратные средства стандартным драйверам устройств или Уровню Изоляции Аппаратуры (HAL — Hardware Abstraction Layer) ОС. Спецификация определяет задаваемые по умолча­нию конфигурации аппаратуры, и в целях Польшей гибкости определяет рас­ширения для стандартного BIOS.

В спецификации рассматриваются следующие вопросы:

- Создание на основе РС/АТ-платформ многопроцессорных систем, которые могут исполнять существующие программы для однопроцессорных и мно­гопроцессорных микроядерных ОС.

- Поддержка симметричных многопроцессорных систем на одном или не­скольких процессорах, множество команд которых совместимо с архитек­турой семейств процессоров Pentium.

- Поддержка APIC (МП-контроллера прерываний) для обработки симмет­ричного ввода-вывода.

- Возможность использовать BIOS с минимальной настройкой на конкрет­ную МП-систему.

- Таблица факультативных МП-конфигураций с информацией о конфигура­ции.

- Включение ISA и других промышленных стандартов на шины, как EISA, МСА, VL и PCI в МП-совместимые системы.

- Требования, обеспечивающие прозрачную (для программного обеспече­ния) реализацию вторичной шины кэша и памяти.

Область применения

МП-спецификация будет полезна производителям компью­теров, предлагающим средства, пригодные для построения мно­гопроцессорных систем, без инвестиций в настройку на требова­ния заказчика одной или нескольких ОС. В ней рассматривают­ся вопросы разработки стандартного механизма для обеспече­ния возможности построения МП-систем на основе стандартов на аппаратные средства PC/AT.

Минимальный набор аппаратных средств, который необхо­дим для реализации МП-спецификации, таков:

- один или несколько процессоров, по набору команд совмести­мых с архитектурой семейств процессоров Intel 486 и Pentium;

- один или несколько контроллеров APIC на процессорах Pentium;

- прозрачные для программ подсистемы кэшей и общей памяти;

- видимые для программ компоненты РС/АТ-платформ.

Документ также определяет свойства МП-систем, видимые для BIOS и ОС. Однако надо учитывать, что по мере развития технологии выполняемые BIOS-функции могут изменяться. Считается, что только интерфейс с операционной системой остается неизменным.

На кого ориентирована данная спецификация? Прежде все­го, это производители РС/AТ-совместимых аппаратных средств, которые пригодны для использования и МП-системах. Во-вторых, разработчики, создающие продукты BIOS общего пользования или модифицирующие яти продукты для исполь­зования в конкретных МП-системах. В-третьих, разработчики операционных систем, адаптирующие ОС МП-системы для ис­полнения на определенных в спецификации платформах.

Общая структура МП-системы

При построении многопроцессорной архитектуры может ис­пользоваться одна из нескольких концептуальных моделей со­единения вычислительных элементов, а также множество схем взаимосвязи и вариантов реализации.

На рис. 2 показана общая структура МП-системы, построен­ной на основе спецификации MPS 1.1. В нее входит сильно свя­занная архитектура с общей памятью с распределенной обработ­кой данных и прерываний ввода-вывода. Она полностью симме­трична; это означает, что все процессоры функционально иден­тичны и имеют одинаковый статус, и каждый процессор может обмениваться с каждым другим процессором. Симметричность имеет два важных аспекта: симметричность памяти и ввода-вы­вода.

Память симметрична, если все процессоры совместно ис­пользуют общее пространство памяти и имеют в этом простран­стве доступ с одними и теми же адресами. Симметричность па­мяти предполагает, что все процессоры могут исполнять единст­венную копию ОС. В таком случае любые существующие систе­мы и прикладные программы будут работать одинаково, незави­симо от числа установленных в системе процессоров.

Требование симметричности ввода-вывода выполняется, ес­ли все процессоры имеют возможность доступа к одним и тем же подсистемам ввода-вывода (включая порты и контроллеры прерывания), причем любой процессор может получить преры­вание от любого источника. Некоторые МП-системы, имеющие симметричный доступ к памяти, в то же время являются асим метричными по отношению к прерываниям устройств ввода-вы­вода, поскольку выделяют один процессор для обработки пре­рываний. Симметричность ввода-вывода помогает убрать по­тенциально узкие места ввода-вывода и тем самым повысить расширяемость системы.

Системы, удовлетворяющие МП-спецификации, обладают симметричностью памяти и ввода-вывода, что позволяет обес­печить расширяемость аппаратных средств, а также стандарти­зовать программные средства.

Основные компоненты

МП-спецификация определяет системную архитектуру на основе следующих компонентов аппаратуры: системные процес­соры, контроллеры АРIС, системная память, шина расширения ввода-вывода.

Системные процессоры. В целях обеспечения совместимос­ти с существующими программными средствами для PC/AT, спецификация основывается на процессорах семейства Intel 486 или Pentium.

Хотя все процессоры в МП-системе функционально иден­тичны, спецификация выделяет два их типа: загрузочный про­цессор (BSP) и прикладные процессоры (АР). Какой процессор играет роль загрузочного, определяется аппаратными средства­ми или совместно аппаратурой и BIOS. Это сделано для удобст­ва и имеет значение только во время инициализации и выключе­ния. BSP-процессор отвечает за инициализацию системы и за загрузку ОС. АР-процессор активизируется после загрузки ОС.

Контроллеры APIC. Данные контроллеры обладают рас­пределенной архитектурой, в которой функции управления пре­рываниями распределены между двумя функциональными бло­ками: локальным и ввода-вывода. Эти блоки обмениваются ин­формацией через шину, называемую шиной коммуникаций кон­троллера прерываний (ICC).

В МП-системе множество локальных блоков и блоков вво­да-вывода могут коллективно использовать одну запись, взаи­модействуя через шину ICC. Блоки APIC совместно отвечают за доставку прерывания от источника прерываний до получателей по всей МП-системе.

Блоки APIC дополнительно увеличивают расширяемость за счет разгрузки шины памяти от трафика прерываний, а также разделения между процессорами нагрузки по обработке преры­ваний.

Благодаря распределенной архитектуре, локальные блоки или блоки ввода-вывода могут быть реализованы в отдельной микросхеме или интегрированы с другими компонентами систе­мы.

Системная память.

В системах, совместимых с МП-специ­фикацией, используется архитектура памяти стандарта AT. Вся память используется как системная за исключением адресов, за­резервированных под устройства ввода-вывода и BIOS.

МП-системы нуждаются в значительно более высокой про­пускной способности шины памяти по сравнению с однопроцес­сорными. Требования возрастают пропорционально числу про­цессоров на шине памяти. Поэтому спецификация содержит ре­комендации использовать кэши второго уровня, призванные снизить трафик по шине и реализующие следующие функции: стратегия обновления с обратной записью и протокол определе­ния согласованности кэшей. От кэшей второго уровня и кон­троллеров шины памяти требуется, чтобы они были полностью прозрачны для программных средств.

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: