Устройство для управления памятью в многопроцессорной вычислительной системе Советский патент 1976 года по МПК G06F12/00 G06F15/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПАМЯТЬЮ В МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ процесса, работггющегос теми же элементами данных, что и предыдущий процесс, н обращающегося к памяти со своим идентификатором, iio за теми же элементами (они находятся Е верхнем уровне памяти), устанавливается соответствие между идентиф1 каторами и второй процесс тем самым получает доступ к те.м же элементам данных, что и предыдущий процесс. При этом каждый из процессов может работать в любом разрешенном ему режиме (чтение, запись). Для системы с несколькими процессора ми управление коллективным пользованием данными усложняется. Если в системе име - ется несколько процессоров, но с одной общей оперативной памятью, то в каждый момент времени такую систему можно рассматривать как однопроцессорную с точки зре - ния обращения к памяти, так как за каждьй цикл памяти обслуживается лишь одно обращение. Поэтому, если в оперативной памяти находятся данные, которыми пользуются два н более процессов в момент их реализации, то при одновременном обращении к памяти за одним и тем же элементом данных неско ких процессоров только один процессор, вы деленньп в результате разрешения конфликтной ситуации, получит право на испопьзова - ние этого элемента. Затем этот элемент мо жет быть использован другим выделенным процессором, третьим и т. д. При этом возникает еще и дополнительная задача синхро низации процессов, но в смысле коллектив - ного пользования такая система обеспечи вает этот режим. Решением вопроса повышения эффектив ности работы многопроцессорной системы было бы вьщеление каждому процессу некото рого объема оперативной памяти для исключения возможности возникновения конфликтных ситуаций по обращению за элементами данных, но тогда исключалась бы возмож ность коллективного пользования одними и теми же данными. Рассмотрим, например, двухпроцессорную систему, где каждому щэоцессу вьщелен свой блок оперативной памяти и в данный момент реализуется два процесса, работающие с одними и теми же элементами данных в режимах чтения и записи соответственно. Тогда при обращении к одному и тому же элементу двух процессоров в оперативную память каждого процесса будет передан один и тот же блок данньк и каждьш процесс будет независимо от другого процесса работать с этим блоком данных. При этом каждый из процессов может в результате режима записи различным образом изменять элементы этого блока. В результате в двух блоках оперативной памяти будут получены два разных по содержанию блока данных, но имеюпп1х один идентпфпкатор, В памяти следующего более . низкогю уровня при этом хранится неизмен - ная копия этого блока. Такое состояние | блока данных, имеющего один идентификатор, недопустимо, но оно не возникает в много- 1фоцессорной системе с обшей оперативной памятью. Целью изобретения является повышение эффективности, работы устройства для управлен,ия памятью и, следовательно, быстродействня системы в целом. Для достижения поставленной цели в предлагаемое устройство введены блок классификащ1И запросов, блок вьиачи форматных загоосов, блок сопряжения с каналом связи, блок замещения страницы, блок направления передачи информации и блок упаковки слова с соответствующими цепями связи между введенными и известными блоками. Это позволяет обеспечить необходимые условия рехшму коллективного пользования цву и более процессам в многопроцессорной вычислительной системе и иерархической структурой памяти, в которой каждому процессу вьщелен свой блок памяти на самом верхнем ее уровне, а каждьш процессор имеет непосредственную связь только со своим блоком памяти. Кроме того, все блоки памяти этого уровня связаны между собой общим каналом связи. Всякое обращение процесса к памяти происходит по идентификатору, в котором определен номер масстаа, номер первого байта требуемого элемента и длина элемента байтов. В идентификаторе имеется так же признак, является ли массив с данным номером принадлежащим одному процессу или многим процессам. Таким образом, устройство позволяет обрабатывать запросы, поступающие не в виде физических адресов блока зфанения ин формации, а в виде идентификаторов массива и номера элемента в нем, что обеспечи- вает выборку этого элемента массива из любой части памяти многопроцессорной системы и любой программой, реализуемой в данньш момент. Процесс перемеще1шя информации не связан с определением физических адресов месторасположения замещаемой или передаваемой информации, что позволяет ап- паратно реализовать процесс динамического выделения требуемого объема памяти для обрабатываемой информации. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - много процессорная вычислитечьная система. Устройство содержит блок 1 классификации запросов, блок 2 выдачи форматных запросов, блок 3 сопряжения с каналом, блок 4замещения страницы, блок 5 поиска ин формашти, блок 6 формирования признака совпадения, блок 7 хранения информации, .блок 8 упаковки слова, блок 9 направления передачи, входы 10, 11 и 12 и выходы 13 19. Работа устройства рассматр1гвается в со таве многопроцессорной вычислительной сис мы, содержащей процессоры 20-20 , запоминаюшие устройства 21-21 , архивы мас JLК сивов и каналы обмена 23 и 24 При поиске некоторым процессором эле мента массива на вход 10 одноименного устройства поступает запрос, содержащий поле признака запроса П, поле номера массива J4 „ , поле номера байта N,, , с коjjl3торого начинается требуемьш элемент масси ва, и поле длины элемента массива в бай - тах 1 . Признак запроса имеет два значения, пер вое из которых соответствует случаю, когда требуемьш элемент содержится в массиве, которьш принадлежит только задаче, решаемой на запрашивающем процессоре. Второе значение признака указьюает на то, что требуемьш элемент содержится в массиве, которьй принадлежит не только Аадаче, решаемой на запрашивающем процессоре, и, следовательно, принципиально может уже находиться в запоминающем устройстве некоторого другого процессора, на котором решается некоторая другая задача. Запрос поступает в блок 1 классифика ции запросов и в блок 2 вьщачи форматных запросов. В блоке классификации запросов по признаку П определяется принадлежность искомого массива одной или несколькими задачам, реализуемым в данное время в многопроцессорной вычислительной системе. Результат анализа признака П передается в блок форматных запросов, в блок сопряже ния с каналом и в блок замещения страни цы. Рассмотрим работу устройства для случая, когда признак запроса П имеет первое значение. Так как требуемый элемент масси ва может начинаться с любого байта машинного слова и число байтов в элементе може быть существенно большим, то, следовательно, требуемый элемент может быть распо дожен в одном, двух и более машинных словах. В связи с этим в блоке выдачи формат ных запросов поступивший запрос либо ос тается без изменения, либо преобразуется в ряд запросов, соответствующих формату машинного слова. Сформированньй запрос из блока 2 вы дачи форматных запросов поступает в блок 5поиска информащщ, устроенньш по ассо- циат1шному принципу. Если требуемое ма шинное слово нахрдится в блоке 7 хранения нформации, то в блоке 5 поиска информа Ш1И будет выработан признак совпадения, в соответствии с которым из блока хранения информации будет считано машинное слово, содержащее искомый элемент или его часть. Блок 6 формирования признака совпадения определяет наличие хотя бы одного совпа дения между запросом и содерхшмым блока поиска информации, запрещая при этом дальнейшую работу блоков 3 и 4. Считанное из блока 7 хранешш информации машинное слово поступает в блок 8 упа- ковкп слова, куда из блока выдачи форматных запросов подается признак конца счи тывания элемента массива и признак расположения элемента массива или его части в считанном машинном слове. По второму признаку в блоке упаковке слова щэоизводится сдвиг элемента Macciraa или его части в старшие разряды формата машинного слова. Передача считанной информации на один из выходов устройства происходит в тех слу чаях, когда требуемьй элемент считан полностью или когда упаковано машинное слово. При этом выход 15, 16 или 17 определяет признак, который поступает на вход блока 9 направления передачи, вырабатьюающий управляющий признак, который подается на вход блока 8 упаковки слова. С передачей информации на выход устройства из блока упаковки слова в блок вьщачи форматных запросов поступает разрешение на обслуж тание следующего запроса. Это же требование поступает в блок- выдачи форматных запросов и в том случае, когда машинное слово не упаковано и считьюание требуемого элемента еще не закончилось, т. е. когда элемент массива расположен не в одном машинном слове, и первая считанная его часть меньше машинного слова. Предполоксим теперь, что признак запроса|П в формате запроса имеет второе значение. В этом случае возможны два варианта: массив с требуемым элементом находит - ся в одном из устройств (в том числе в устройстве, на которое поступил запрос); массива с требуемым элементом нет ни в одном устройстве. Если массив с требуемым элементом оказался в устройстве, получившим запрос, то устройство работает, как было описано. Если в устройстве, получ1гошем запрос, массива с требуемым элементом не оказа - лось, то блок формирования призпака совпадения разрешает дальнейшую работу блоков 3 и 4. Блок 3 сопряжения с каналом пере - дает, признак захвата канала в блок 2 выда-ill форматных запросов, который через вы - ход 14 выдаст в канал обмена 23 номер м сива, номер байта,-длину элемента в байтах и адрес защзашивающего процессора. Если требуемый элемент содержится в к ком-либо дротом блоке хранения информации то этот элемент вместе с адресом запрашй- Бающего процессора поступает через канал обмена 23 непосредственно в этот процес сор. Если требуемого элемента нет ни в од ном блоке хранения информации, то блок 2 въщачи форматных запросов определяет, ка кую страницу в блоке фанения информации можно заменить, а блок 3 устанавливает связь с архивами массивов чере канал обмена 24. После определения заме шаемой страницы блок 4 замещения страницы определяет, производилась или нет за пись информации в эту страницу на преды - душем этапе вычислений. Если запись в замещаемую страницу не производилась, то после захвата канала из блока 3 в блок 2 выдачи форматных запросов поступает признак на передачу запроса на выход 18 устройства, и одновременно запрос заносится в блок поиска информации на место замещаемой страницы. При поступ лении на вход 12 устройства страницы, содержащей требуемьш элемент массива, за пись этой страницы в блок хранения информ ш:и (запись содержит поле номера массива и поле номера байта) производит блок 9 на правления передачи в соответствии с адре сом, которьп поступает с выхода 12 устрой ства в блок направления передачи и далее в блок поиска информации. Если же запись в замещаемую страницу производилась, то в этом случае необходимо передать замещаемую страницу в один из архивов массивов , а затем уже на ее место записать страницу с тре - буемым элементом массива. При этом по признаку захвата канала, поступающему из блока 3 в блок 4 замещения страницы, на выход 13 устройства передается запрос, со держащий К К (где N - номер первого элемента стразшцы) и номер запрашиваю щего процессора. В соответствии с переданHMvi запросом на вход 10 устройства и далее в блок 9 направления передачи посту пает разрешение на передачу замещаемой страницы из блока хранения информации дан ного устройства через блок упаковки слова на выход 15. Адрес этой страницы посту пает из блока замещения страницы в блок выдачи форматных запросов. С концом пе редачи страницы из блока направления передачи в блок вьщачи форматных запросов поступает признак разрешения передачи запроса искомого элемента массива. По этому признаку необслуженный запрос посту пает из блока 2 выдачи форматных запро сов па выход 13 устройства. Далее работа устройства сводится к случаю обслужива ния запроса в отсутствие загшси в замещаемую страницу. Формула изобретения Устройство для управления памятью в многопроцессорной вьиислительной системе, содержашее блок поиска информации, пер |вый информашюнньй вход которого соединен с первым информационным входом устрой - ства, блок формирования признака совпаде ния и блок хранения информации, адресный вход которого соедгшен с адресным выхо дом блока поиска информащш, отличающееся тем, что. с целью повышения быстродействия системы, в него введены блок классификации запросов, инфор мационный вход которого подключен ко второму информационному входу устройства, блок вьщачи форматных запросов, вход которого соединен с выходом блока классификации защзосов, первый информационный вход подключен к первому информационному входу устройства, второй информационньш вход ко второму информационному входу устройства, три информационных выхода подключены соответственно к первому и второму информационным выходам устройства и ко второму информационному входу блока поиска информации, блок сопряжения с каналом, два управляющих входа которого соединены соответственно с управляющим выходом блока классификации запросов и nepBbnvi управляющим выходом блока форматных запросов, первый управляющий выход подклю - чен к первому управляющему входу блока вьщачи форматных запросов, два информа дионных выхода подключены соответствен но к третьему и четвертому информацион ным выходам устройства, блок замещения страницы, управляющий вход которого сое динен с управляющим выходом блока клас - сификации запросов, информашюнньш вход с первым информационным выходом блока поиска информации, вход признака подклю - чен к одноименному выходу блока сопряжения с каналом, информашюнньп выход соединен со вторым информашюнным выходом устройства, управляющий выход подключен ко второму управляющему входу блока выдачи форматных запросов, вход блока фор мкрования признака совпадения соединен со вторым информационным выходом блока поис-,

ка информации, выход подключен ко входам запрета блоков сопряжения с каналом и замещения страницы, блок упаковки слова, информационньш вход которого соединен с ВЫХОДС5М блока хранения информащ1и, первый управляющий вход соединен со вторым управляющим выходом блока вьщачи форматных запросов, управляющий выход подключен к третьему управляющему входу блока выда чи форматных запросов, три информационных выхода нодключены соответственно к пятому, шестому и седьмому информационным

выходам устройства, и блок направления передачи, информационный вход которого соединен с третьим информационным входом устройства, вход и выход признака соединены соответственно с одноименными выхо дом и входом блока выдачи форматных за просов, управляющий выход подключен ко второму управляющему входу блока упаков ки слова, информащюнный выход соединен с информационным входом блока хранения информации и с третьим информаштонныквходом блока поиска информаш1и.

фиг.1

«

Фиг.г

9 в -

9