Мультипроцессинг в PC-AT-стандарте
Другие рефераты
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 блок
| |  скачать работу |
Другие рефераты
|
