МИНИМАКС
МИНИМАКС - система с программируемой структурой, созданная Институтом математики СО АН СССР и Научно-производственным объединением «Импульс» Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР в 1975 году.
МИНИМАшинная программно Коммутируемая Система (МИНИМАКС) была создана Институтом математики СО АН СССР (Отделом вычислительных систем) и Научно-производственным объединением «Импульс» Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР (г. Северодонецк). Технический проект МИНИМАКС разработан в 1974 г., а опытно-промышленный образец системы был изготовлен и отработан в 1975 г.
Архитектура системы МИНИМАКС:- MIMD-архитектура;
- распределенность средств управления, обработки и памяти;
- параллелизм, однородность, модульность;
- программируемость структуры;
- двумерная (циркулянтная) топология;
- масштабируемость;
- живучесть;
- максимальное использование промышленных средств мини-ЭВМ.
Функциональная структура мини-ВС МИНИМАКС
Функциональная структура мини-ВС МИНИМАКС - композиция из произвольного количества элементарных машин и программно настраиваемой сети связей между ними.
Сеть связей формировалась из одномерных и двумерных полудуплексных каналов. Одномерные каналы связи были управляющими; они служили для программирования соединений между ЭМ по двумерным каналам связи 2, а также для передачи между ЭМ управляющей информации, регламентирующей использование общих ресурсов (внешних устройств, сервисных программ, файлов и т.п.). Двумерные каналы связи являлись рабочими; они применялись для следующих целей: реализации основных межмашинных взаимодействий, пересылки массивов данных между памятями передающей ЭМ и одной или нескольких принимающих ЭМ, передачи адресов из одной ЭМ в другую и обмена логическими переменными между машинами.Системные взаимодействия, осуществлявшиеся в мини-ВС, были следующих типов:- программное изменение структуры мини-ВС и степени участия ЭМ в системных взаимодействиях (настройка);
- передача информации из оперативного запоминающего устройства одной ЭМ в памяти других (обмен);
- выполнение ОБП;
- синхронизация работы ЭМ;
- реализация ОУП по значению признака Ω.
Межмашинные взаимодействия при функционировании мини-ВС реализовывались с помощью специальных подпрограмм - системных драйверов, которые, в свою очередь, использовали специальные команды (занесение кода на регистр настройки, считывание его содержимого, занесение информации в СУ о начальном адресе передаваемого массива данных и т.п.).
Элементарная машина мини-ВС МИНИМАКС
Вычислительная система МИНИМАКС компоновалась из ЭМ-много-полюсников. Каждая ЭМ - это композиция из ВМ и СУ. Структура ЭМ данной мини-ВС не была жестко заданной и определялась областью применения. Состав каждой ЭМ допускал варьирование; компоновка ЭМ проводилась по правилам, которые были приняты для агрегатных средств ВТ на микроэлектронной основе (АСВТ-М) или для средств системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ). В качестве ВМ могли быть использованы любые конфигурации мини-ЭВМ на базе процессоров М-6000, М-7000, СМ-1 П. Архитектура системы МИНИМАКС была рассчитана также на применение мини-ЭВМ моделей HP 2114-2116 семейства Hewlett-Packard.Основные технические характеристики мини-ЭВМ семейств АСВТ-М, СМ ЭВМ и Hewlett-Packard:- базовый набор команд - 70 инструкций;
- структура команд машины - одноадресная;
- система счисления - двоичная;
- длина слов - 16 двоичных разрядов;
- способы представления чисел - с фиксированной и плавающей запятыми (режим работы с плавающей запятой реализовывался программно и аппаратурно, специальным процессором);
- многоуровневая непрямая адресация памяти;
- емкость магнитной оперативной памяти - 4...32 К слов;
- цикл оперативной памяти - 1,2...2 мкс;
- многоуровневая система прерываний (для обслуживания запросов различных приоритетов);
- быстродействие при выполнении операций типа «сложение» - 250...400 тыс. опер./с;
- время выполнения команд: сложения (регистр-память) - 2,5...5 мкс, умножения (по подпрограмме) - 150...187 мкс, деления (по подпрограмме) - 310...387 мкс, умножения (спецпроцессором) - 19,2...24 мкс, деления (спецпроцессором) - 20,8...26 мкс.
Системное устройство было спроектировано как автономное устройство АСВТ-М.
В мини-ВС МИНИМАКС связь ВМ с СУ реализовывалась двумя способами:- через программный канал;
- через канал прямого доступа к памяти.
При этих способах использовался стандартный интерфейс ввода-вывода АСВТ-М.
В состав СУ входили: блок управления, блок настройки, блок обмена информацией, блок выработки обобщенного признака Ω.
Системные команды мини-ВС МИНИМАКС
Межмашинные взаимодействия при функционировании мини-ВС реализовывались при помощи системных драйверов и команд.Системный драйвер - специальная подпрограмма, которая выполнялась в ВМ и осуществляла:- формирование кода системной команды в соответствии с требованиями к ее формату;
- выдачу в СУ кода команды и сигналов инициирования ее выполнения;
- контроль за ходом выполнения системной команды (включая реакцию на сигналы системного устройства).
Коллизии, возникавшие в мини-ВС МИНДМАКС при осуществлении межмашинных взаимодействий, разрешались программно-аппаратурными средствами.
Программное обеспечение мини-ВС МИНИМАКС
В основу программного обеспечения системы МИНИМАКС было положено ПО мини-ЭВМ. Программное обеспечение мини-ВС состояло из управляющей системы, системы параллельного программирования, пакетов прикладных Р-программ и комплекса программ технического обслуживания.
Управляющая система обеспечивала связь мини-ВС с пользователями и внешними объектами, осуществляла рациональное использование ресурсов системы с учетом неисправных компонентов и входной мультипрограммной ситуации. Управляющая система имела иерархическую структуру и содержала блоки: главный диспетчер, старший диспетчер и диспетчер.
Главный диспетчер осуществлял программирование структуры и определял динамику ее перенастройки в процессе функционирования мини-ВС МИНИМАКС. Следовательно, он выполнял разбиение системы на подсистемы с требуемым количеством машин и внешних устройств, формировал топологию и определял режимы работы образуемых подсистем.
Каждая подсистема могла функционировать в одном из четырех режимов: автономной работы, параллельной обработки, профилактики, управления. В режиме автономной работы осуществлялась непосредственная связь пользователя с одной машиной. При этом обеспечивались возможности счета, трансляции, отладки, редактирования программ на одной машине, а также доступ к системной информации, формирование заданий системе, связь пользователей, работавших за различными терминалами. В режиме параллельной обработки реализовывались Р-программы и обеспечивалось продолжение счета при выходе машин из строя. В режимах профилактики и управления выполнялись функции соответственно тестирования и организации работы системы.
Динамика перенастройки структуры мини-ВС и ее конфигурация в каждый момент времени определялись главным диспетчером на основе информации о суммарных ресурсах и об отказах компонентов, директив человека-оператора, характеристик мультипрограммной ситуации на входе мини-ВС. Мультипрограммная ситуация описывалась параметрами программ и способом их поступления. Различали два способа поступления программ: в виде пакета и потока.
Старший диспетчер организовывал функционирование подсистем в режимах автономной работы, параллельной обработки и профилактики. Он взаимодействовал с главным диспетчером.
Функции главного и старшего диспетчеров выполнялись подсистемой, работавшей в режиме управления. Диспетчеры имели столько идентичных параллельных ветвей, сколько было машин в подсистеме. Каждая ветвь обслуживала выделенную ей сферу влияния. Основные взаимодействия ветвей были связаны:- с дублированием некоторой информации;
с обеспечением доступа к информации данной сферы по запросам из других сфер влияния;- с перераспределением сфер влияния в связи с изменением мультипрограммной ситуации.
У старшего диспетчера имелась еще одна возможность. Он хранился в той же подсистеме, что и главный диспетчер, но его функции реализовывались в других подсистемах. Последнее обеспечивалось путем соответствующей пересылки его частей в подсистемы, сформированные главным диспетчером.
Диспетчер управлял работой элементарных машин. Он участвовал в реализации системных взаимодействий (настройки, обмена, синхронизации, обобщенных условного и безусловного переходов), анализировал коллизии и аварийные ситуации, распознавал директивы пользователя, управлял индивидуальными внешними устройствами. Функции диспетчера реализовывались каждой ЭМ.
Система Р-программирования обеспечивала достаточно широкие возможности при производстве программ для мини-ВС МИНИМАКС и включала в себя шесть нижеследующих компонентов.- Информатор по параллельному программированию являлся средством обучения пользователей способам представления вычислительных процессов в виде совокупностей ветвей, взаимодействующих между собой с помощью системных операторов.
- Языки Р-МНЕМОКОД, P- ALGOL, P-FORTRAN, полученные путем расширения соответствующих языков операторами системных взаимодействий, применялись для записи параллельных алгоритмов (FORTRAN - FORmula TRANslation language - первый процедурно-ориентированный язык программирования высокого уровня, предназначенный для описания алгоритмов решения вычислительных задач). Трансляторы с ВС-языков позволяли при автоматизации параллельного программирования использовать трансляторы для мини-ЭВМ.
- Средства отладки Р-программ служили для анализа качества программ и выявления ошибок при взаимодействии Р-ветвей (путем моделирования параллельного процесса на одной ЭМ).
- Средства управления заданиями (директивами) позволяли пользователю запускать и снимать Р-программы, создавать и уничтожать Р-файлы, задавать график работы подсистем, переводить машины в режим тестирования и т.д.
- Средства специальной организации параллельных программ включали:
- сегментатор, дававший экономию оперативной памяти при хранении программы (он производил собственно сегментирование Р-ветви и распределение сегментов по памятям машин и организовывал последовательность реализации сегментов; следовательно, он применялся при обобщенной матричной обработке);
- блок отказоустойчивых вычислений, обеспечивавший продолжение счета при сбоях ЭМ и выходе их из строя.
- Библиотека стандартных параллельных программ упрощала процесс параллельного программирования.
Пакеты прикладных Р-программ (ППП) были ориентированы на определенные области применения мини-ВС. Среди пакетов имелись:- пакет Р-программ общего назначения для решения научных, экономических и технических задач;
- пакет программ для расширения управляющей системы функциями, реализуемыми в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП);
- пакет Р-программ, ориентированный на применение в АСУТП (например, расчет сложных поверхностей, определение технологии обработки деталей и т.д.).
Комплекс программ технического обслуживания мини-ВС МИНИМАКС включал наладочные, контрольные и диагностические тест-программы.
Области применения мини-ВС МИНИМАКС
Поскольку системы МИНИМАКС имели программируемую структуру и могли состоять из произвольного количества машин, им были доступны задачи со значительным объемом вычислений.Вычислительные системы МИНИМАКС могли применяться:- в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической, металлообрабатывающей, приборостроительной, радиотехнической, электронной и других отраслях промышленности;
- на тепловых и атомных электростанциях и в системах энергоснабжения;
- в научно-исследовательских учреждениях, занимающихся исследованием проблем физики, гидроаэродинамики, химии, биологии, медицины и др.
Системы МИНИМАКС использовались:- для решения научных, экономических и технических задач;
- для сбора и первичной переработки информации в сложных иерархических системах;
- для управления научными экспериментами;
- для исследования технологических процессов и расчета технико-экономических показателей;
- для управления технологическими процессами;
- для контроля качества промышленной продукции (полупроводниковых приборов, электронных схем и др.);
- в качестве центра коммутации сообщений.
Мини-ВС МИНИМАКС могли функционировать автономно, в качестве вспомогательных подсистем мощных сосредоточенных ВС, в составе распределенных ВС или сетей.Ключевые термины, связанные с термином "МИНИМАКС":
- Вычислительные системы с программируемой структурой
Литература
Дополнительная:
- Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 520 с.
Ссылки на персон:
- Хорошевский Виктор Гаврилович
Ключевые термины (головные): Вычислительные системы с программируемой структурой;
|Головная|
|Преподавание|
| Современные проблемы
информатики|
|Информатика|
|Ключевые термины|
|Персоны|
© 1998-2024, Новосибирский государственный университет, Новосибирск
© 1998-2024, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1998-2024, Федотов А.М.
Дата последней модификации:
29.11.2013
![[SBRAS]](http://www.nsc.ru/gif/s_sigma.gif)