分散式多處理機

分散式多處理機即把整個系統功能分成若干個相對獨立的分系統（或分模組），使多處理機系統中的每個處理機分別對應其分系統並承擔其該分系統所預定的功能單元的信息處理任務，同時還能適當分擔某些系統控制功能單元分配的任務。

基本介紹

• 中文名：分散式多處理機
• 外文名：distributed multiprocessor
• 學科：計算機科學與技術
• 特點：分散處理
• 結構：公用匯流排、公用存儲器、主從分級
• 優點：增強系統通用性和整體性

基本概念

對於複雜的高性能的自動化系統，由單個微處理器為主所組成的計算機系統往往不能滿足整個信息及控制系統的要求。而採用功能相對分散的多微處理器組成的計算機系統則能夠很好地滿足上述系統的整體要求。

分散式多處理機即把整個系統功能分成若干個相對獨立的分系統（或分模組），使多處理機系統中的每個處理機分別對應其分系統並承擔其該分系統所預定的功能單元的信息處理任務，同時還能適當分擔某些系統控制功能單元分配的任務。

分散式結構的出現

大量事實和有關技術資料證明，分散式多處理機系統已成為當今微型計算機套用系統的重要方面。多處理機系統的套用和推廣將為我國傳統工業的改造和更新，為新興工業領域比如民用航空領域的安全生產和運輸將起到愈來愈注目的作用。

對於複雜的高性能的自動化系統，比如自動煉鋼系統、自動軋鋼系統、高速高精度的數控裝置系統等，對於要求高速實時回響的信息處理及控制系統，比如航天航空通信系統、現代民用航空飛機機載的自動信息處理及控制系統，工業機器人系統等，往往由單個微處理器為主所組成的計算機系統不能滿足整個信息及控制系統的要求。而採用功能相對分散的多微處理器組成的計算機系統則能夠很好地滿足上述系統的整體要求。

系統設計者通常把整個系統功能分成若干個相對獨立的分系統(或分模組)，使多處理機系統中的每個處理機分別對應其分系統並承擔其該分系統所預定的功能單元的信息處理任務，同時還能適當分擔某些系統控制功能單元分配的任務。整個系統運行時，各處理機分系統能夠相對獨立地並行地協調地進行信息的傳輸控制與處理。這樣就使總系統的綜合實時回響能力得到改善，數據處理的吞吐量和速度得到提高，其可靠性和整體功能也得到加強。

系統中的硬體部件和軟體模組緊密結合，互相支持。雖然系統中的具體硬體部件和軟體的具體模組是分散處理，分級分任務管理的，但在整體上和內在聯繫上硬體部件和軟體模組組成整個系統的整體。這樣既增強了系統的軟硬體的可擴展性、靈活性，又增強了系統的通用性和整體性。

根據分散式多處理機系統組成的具體連線方式的不同，我們可把連線方式分成三類。這三類結構就是下面討論的三種基本結構。

基本結構

公用匯流排結構

圖1為公用匯流排結構連線方式的原理框圖。

圖1

在圖1中，公用匯流排上掛接有若干個相對獨立的處理機分系統，公用存儲器、公用I/O接口及其公用I/O設備。公用匯流排為一束信息通道線，它由公用地址線、公用數據線和公用控制線組成。各處理機分系統有自己的局部存儲器、I/O接口及相應I/O設備等。判優器可以對公用匯流排進行測試置位和進行隔斷某處理機分系統的控制等。各處理機分系統、公用存儲器和公用I/O接口一般採用統一編址或約定編址。當各處理機分系統均不同公用存儲器、公用I/O接口進行信息交換時，各分系統獨立運行，公用匯流排未占有。此時各分系統沒有必要向判優器發出使用公用匯流排請求信號，判優器也未向各分系統發出準許使用公用匯流排的回答信號。各分系統同公用匯流排均是隔斷的。

當若干分系統同時向判優器發出申請使用公用匯流排請求信號時，判優器可根據其優先權別的大小或物理順序回響某優先權高的分系統的請求，發出準許該分系統使用和占有公用匯流排的信號。這樣該分系統就擁有公用匯流排的使用權，可以同公用存儲器和公用I/O接口進行信息交換。顯然其它未被選中的分系統得等待前被選中分系統釋放公用匯流排使用權後才能使用公用匯流排。和常規微型計算機中的中斷嵌套原理類似，當優先權較低的分系統正在使用公用匯流排進行信息交換時，有一優先權較高的分系統要求使用公用匯流排，此時判優器就暫時中止優先權較低的分系統占用公用匯流排的使用權，讓優先權較高的分系統享有公用匯流排使用權。

兩個分系統之間要交換信息一般是通過先後分時使用公用匯流排、公用存儲器和公用I/O接口及設備來實現的。為了提高公用匯流排結構的通信效率，可設定多匯流排或局部匯流排。本方式的特點是構成簡單，處理器數目容易增減，採用模組化結構方便，實現資源共享方便，便於處理大量公用數據等。不足處是當各處理機分系統不具備自己專用的存儲器時，處理器的數目不宜太多（一般為3~4個），否則公用匯流排容易飽和，影響速度。

公用存儲器結構

圖2為公用存儲器結構的連線方式的原理框圖。

圖2

本結構構成較簡單，各個微處理機分系統通過公用存儲器進行各分系統之間的信息交換。和公用匯流排結構類似，本結構也適用於進行大量數據交換和傳送的緊密型結合的場合。

各處理機分系統有白己的專用存儲器、I/O接口及其輸入輸出設備，和公用存儲器採用統一編址方式或約定方式定址。當各處理機分系統之間不交換數據和信息時，且判優器無請求使用公用存儲器信號，多路轉換器同公用存儲器之間處於高阻態（隔斷），此時不使用公用存儲器，只是各分系統各自獨立完成白己的工作。

當各處理機分系統之間需要交換信息或要使用公用存儲器時，判優器根據各分系統發來的使用公用存儲器請求的優先權別的高低信號，來決定優先權別高的分系統可以使用公用存儲器。當優先權高的分系統運行完就轉下一級分系統使用。

公用存儲器內有各處理機分系統的約定存儲區（郵政信箱區），管理用表格、公用變數、公用程式、公用運算元據和一些中間緩衝區等。

主從分級結構

主從分級結構也叫分級型通道連線結構。其連線框圖如圖3所示。

圖3

本結構是通過公匯流排和若干個通道進行連線而構成。主處理機系統負責整個系統的控制與協調。從處理機系統也能相對地把主處理機系統當作自己的I/O設備。本系統的特點是各處理機分系統比較獨立，相互交換信息較少，其相互結合程度較松。

分散式多微處理機與微型計算機局部網路

分散式多微處理機系統是為完成單項較大型任務而出現的。它一般由主處理機系統控制和協調各從處理機的工作。各處理機可以相對獨立而又彼此協調地工作。其各處理機之間的關係為主從關係或主協從關係。其軟體配置和協定較簡單。

微型計算機局部網路是計算機通信技術和計算機分布處理技術發展相結合的產物。主要用於局部地區的通信領域中。把局部地區的完全獨立的多台計算機用通訊線或電纜線、匹配器等連成一個自成系統的網路就構成了一個局部網路。當然，此種連線還要考慮軟體上的兼容。該網路上的計算機之間可以相互通信，共享網路上的硬體軟體資源。其網路軟體配置和協定較複雜，有標準的軟體產品。