Комитет по науке и высшему образованию
Московский Государственный Институт Электроники и Математики (ТУ).
Кафедра "Вычислительные машины,
комплексы, системы и сети".
КУРСОВАЯ РАБОТА по курсу “Мультипроцессорные системы”.
Тема
Спецификация многопроцессорных систем компании Intel
|Выполнил студент группы С-102 |Руководитель | |Курбатов К.А. |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.
Шина расширения ввода-вывода.
Спецификация обеспечивает построение МП-систем на основе платформ PC/AT, отвечающих промышленным стандартам. В проектах могут быть использованы стандартные шины ISA, EISA, MCA, VL, PCI.
BIOS выполняет функции слоя, изолирующего особенности аппаратных средств от ОС и программных приложений. Стандартный однопроцессорный BIOS выполняет следующие функции: проверяет системные компоненты; строит таблицы конфигурации, используемые ОС; инициализирует процессор и всю остальную систему.
Страницы: 1, 2, 3
