Ассоциативные (АВС) и потоковые (ПВС) вычислительные системы являются разновидностями высокопараллельных МПВС.

АВС строится на базе организованной в виде массива ассоциативной памяти – ассоциативно-запоминающего устройства (АЗУ). Доступ к ячейкам АЗУ осуществляется не по адресу, а по их содержимому, точнее – по ассоциативному признаку (поисковому образу), соответствующему хранимой в ячейке информации. Если в ячейке содержится информация, обладающая заданным признаком, эта информация считывается.

Поиск ассоциативного признака выполняется по всем ячейкам массива памяти, считывание осуществляется одновременно из всех найденных ячеек массива памяти. Определенные группы ячеек массива памяти имеют свои локальные процессоры, позволяющие при считывании выполнять логические и арифметические операции над считываемой информацией. Запись в АЗУ производится в любую свободную ячейку (у ячейки имеется признак: свободна она или нет). Ячейки АЗУ должны допускать считывание без разрушения информации, так как считывание выполняется сразу из нескольких ячеек и автоматически выполнить перезапись считанной информации, как это делается в обычных адресных ОЗУ, невозможно (или очень сложно). Ячейки могут маскироваться своими локальными процессорами и, если это необходимо, не считываться без предъявления пароля.

Элементы ассоциативной выборки данных используются для заполнения кэш-памяти в микропроцессорах.

Ассоциативные системы относятся к классу: ʼʼодин поток команд - множество пото­ков данныхʼʼ. Эти системы, как и матричные, включают большое число операционных устройств, способных одновременно по командам управляющего устройства вести обра­ботку нескольких потоков данных, но эти системы существенно отличаются от матричных способами формирования потоков данных. В случае если в матричных системах данные поступают на обработку от общих ОЗУ или других адресных ЗУ или вводятся в систему, то в ассо­циативных вычислительных системах информация на обработку поступает от ассоциатив­ных запоминающих устройств (АЗУ), характеризующиеся тем, что информация в них вы­бирается не по определенному адресу, а по ее содержанию.

Рис.1 Структура ассоциативного запоминающего устройства

Ассоциативное ЗУ включает в себя: устройство управления (УУ), запоминающий массив, регистр ассоциативных признаков (РгАП), регистр маски (РгМ), регистр индика­торов адреса с схемами сравнения на входе. В АЗУ бывают и другие элементы. Вы­борка информации из АЗУ происходит следующим образом: в РгАП передается код при­знака искомой информации. Код может иметь произвольное число разрядов, от 1 до m fm-максимальное число разрядов). В случае если код признака используется полностью, то он без из­менения поступает на схему сравнения. В случае если же крайне важно использовать только часть кода, то ненужные разряды маскируются с помощью РгМ. Перед началом поиска инфор­мации в АЗУ все разряды регистра индикаторов адреса устанавливаются в единичное со­стояние. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек запоминающего мас­сива, и содержимое сравнивается со значением 1-го разряда регистра ассоциативных при­знаков. В случае если содержимое разряда запоминающего массива не совпадает с содержимым разряда регистра ассоциативных признаков, то в соответствующую ячейку регистра инди­катора адреса заносится "О", в противном случае состояние не меняется (остается "1"). За­тем эта операция повторяется с вторым, третьим разрядом и так до последнего. После по­разрядного опроса и сравнения в единичном состоянии останутся те разряды регистра ин­дикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадаю­щую с записанной в регистр ассоциативных признаков. Эта информация затем считывает­ся в последовательности, определенной в УУ.

Запись новой информации в запоминающий массив АЗУ производится без указания номера ячейки. Обычно один из разрядов в каждой ячейке используется для указания ее занятости. В этом случае при записи в АЗУ новой информации устанавливается признак "О" в соответствующем разряде регистра ассоциативных признаков и определяются все ячейки запоминающего массива, которые свободны для записи информации. В одну из этих ячеек УУ и записывает информацию. Не редко АЗУ строится таким образом, что кроме ассоциативной допускается и прямая адресация данных, что представляет опреде­ленные удобства при работе с периферийными устройствами. Запоминающие элементы АЗУ в отличие от элементов адресных ЗУ должны не только хранить информацию, но и выполнять определенные логические функции, которые позволяют осуществлять поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям, а именно; содержимое ячейки больше признака, меньше или равно.

Оперативные АЗУ способны формировать несколько потоков идентичной информа­ции, которая обрабатывается большим числом операционных устройств. На базе ассо­циативной памяти легко реализуется изменение места порядка расположения информа­ции. Благодаря этому АЗУ является эффективным средством формирования набора дан­ных в высокопроизводительных системах.

7.5. Многомашинные вычислительные системы

Многомашинная вычислительная система (ММВС) - система (комплекс), вклю­чающая в себя две или более ЭВМ (каждая из которых имеет процессор, ОЗУ, набор пе­риферийных устройств и работает под управлением собственной ОС), связи между кото­рыми обеспечивают выполнение функций, возложенных на ММВС.

По характеру связей между ЭВМ ММВС можно разделить на три типа: косвенно-, или слабосвязанные; прямосвязанные; сателлитные.

В косвенно-, или слабосвязаппых ММВС ЭВМ связаны друг с другом только через внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Структурная схема такого ММВС приведена на рис. 7.5. (при трех и более ЭВМ комплексы строятся аналогичным образом). В косвен­но-связанных системах связь между ЭВМ осуществляется только на информационном уровне. Такая организация связей обычно используется в тех случаях, когда крайне важно повысить надежность комплекса путем резервирования ЭВМ, В этом случае должна быть несколько способов организации работы ММВС:

‣‣‣ Резервная ЭВМ находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить основную ЭВМ (нагруженный резерв), причем либо не решает никаких задач, либо работает в режиме самоконтроля, решая контрольные зада­чи.

‣‣‣ Для того чтобы полностью исключить перерыв в выдаче результатов, обе ЭВМ, и основная и резервная, решают одновременно одни и те же задачи, но результаты выдаст только основная ЭВМ, а в случае выхода се из строя результаты начинает вы давать резервная ЭВМ.

. Рис 7.5.Связм ЭВМ в составе ММВС

Прямосвязанные ММВС обладают существенно большой гибкостью. В ММВС су­ществуют три вида связей (рис.7.5): общее ОЗУ (ООЗУ); прямое управление, иначе связь процессор - процессор;

Связь через ООЗУ значительно сильнее связи через ВЗУ, вследствие того, что про­цессоры имеют прямой доступ к ОЗУ, хотя тоже информационная.

Непосредственная связь между процессорами - канал прямого управления - должна быть не только информационной, но и командной, что, естественно, улучшает динамику перехода от основной ЭВМ к резервной и позволяет осуществлять более полный взаим­ный контроль ЭВМ.

Связь через адаптер канал - канал обеспечивает достаточно быстрый обмен инфор­мацией между ЭВМ, при этом обмен может производиться большими массивами инфор­мации. В отношении скорости передачи информации связь через АКК мало уступает свя­зи через общее ОЗУ, а в отношении объёма передаваемой информации - связи через об­щее В ЗУ.

Прямосвязанные ММВС позволяют осуществлять все способы организации работы ММВС, характерные для слабосвязанных ММВС, но значительно более эффективно.

Для ММВС с сателлитными связями ЭВМ характерным является не способ связи, а принципы взаимодействии ЭВМ. Структура связей в сателлитных ММВС не отличается от вышерассмотренных (чаще используется АКК). Особенностью этих ММВС является то, что в них, во-первых, ЭВМ существенно различаются по своим характеристикам, а во-вторых, имеет место определенная со подчиненность машин и различие функций, выпол­няемых каждой ЭВМ. Основная ЭВМ (чаще более высокопроизводительная) предназна­чена для основной обработки информации. Сателлитная (подчиненная меньшей произво­дительности) осуществляет организацию обмена информацией основной ЭВМ с перифе­рийными устройствами, ВЗУ, удаленными абонентами и т.д. Некоторые ММВС могут включать не одну, а несколько сателлитных ЭВМ, при этом каждая из них ориентируется на выполнение определенных функций.

Сателлитные ММВС значительно увеличивают производительность, не оказывая за­метного влияния на показатели надежности.