ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине «Организация ЭВМ, комплексов и систем»

тема: «Транспьютерная сеть»

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Необходимо разработать высокопроизводительную мультикомпьютерную сеть, состоящую из 64 транспьютеров. Транспьютеры должны быть разделены на кластеры по 4 единицы в каждом. Каждый кластер должен являться самостоятельной функциональной единицей со своей локальной памятью, управляемый извне посредством использования управляющих каналов кластера.

Материнская плата должна представлять собой коммутационную панель с возможностью соединения транспьютеров по принципу «каждый с каждым». Все кластеры должны быть соединены между собой на одном едином блоке – материнской плате, конструируемой как внешнее устройство по отношению к компьютеру.

Материнская плата взаимодействует с ЭВМ посредством последовательного порта RS-232.

Необходимо предусмотреть возможность соединения нескольких материнских плат в конвейерную цепь для увеличения производительности сети.

2. Перечень конструкторских документов

Пояснительная записка, структурная схема, функциональная схемы, схема электрическая принципиальная, спецификация, перечень элементов.

3. Содержание пояснительной записки

Титульный лист; задание на курсовую работу; реферат; содержание; перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов; введение; постановка задачи; выбор и основание методов реализации (по структурной схеме); принцип действия (по функциональной схеме); выбор элементной базы (расчет параметров и характеристик); описание функционирования (по принципиальной схеме и временным диаграммам); выбор конструкции; заключение; список использованных источников; приложения.

РЕФЕРАТ

Курсовая работа: 27 стр., 3 табл., 4 схемы, 10 источников.

Перечень ключевых слов: транспьютер, микрокомпьютерная сеть, интерфейс RS-232, коммутатор STC104, коммутационная панель.

Предмет курсовой работы: программируемая транспьютерная сеть для математических вычислений.

Цель курсовой работы: спроектировать мультикомпьютерную сеть на базе транспьютеров, имеющую связь с персональным компьютером типа IBM PC/AT (через последовательный порт RS-232) имеющую в своем составе 16 кластеров, каждый из которых содержит по 4 транспьютера с локальной памятью в 2 Мб для каждого транспьютера.

В основу проектируемого устройства, положена особенность данного вида микропроцессоров – транспьютеров, взаимодействовать между собой асинхронно и параллельно, что существенно увеличивает производительность системы при выполнении сложных математических расчетов, таких как, например, обращение матрицы высоких порядков. В нашем случае рассматривается обращение матрицы 64х64. Взаимодействие между процессами реализуется путем обмена данными по принципу «рандеву». Вся транспьютерная сеть работает на частоте 40 MHz со скоростью передачи по линиям связи в 20 Mbps. Управление всей сетью, а также контроль ошибок и состояние сети осуществляется программой на языке параллельного программирования — ОККАМ. Взаимодействие ведется посредством коммутации материнской платы к последовательному порту RS-232. За работу материнской платы с последовательным портом через интерфейс RS-232 отвечает микросхема приемник-передатчик с преобразованием уровней сигналов ТТЛ в уровни сигналов RS-232 и наоборот.

Предусмотрена возможность соединения нескольких материнских плат в конвейерную цепь для увеличения производительности сети.

В курсовом проекте разработаны и выполнены структурная схема всего устройства в целом, функциональная схема материнской платы, функциональная схема заказной микросхемы – арбитра памяти в кластере, а также принципиальная схема кластера. Описан принцип действия устройства согласно всем функциональным схемам и временным диаграммам.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений, символов, сокращений, единиц и терминов 5

Введение 6

1. Анализ поставленной задачи 8

1.1. Транспьютер 9

1.1.1. Модуль управления транспьютером 10

1.1.2. Каналы транспьютера 11

1.1.3. Линии связи транспьютера 12

1.1.4. Таймеры транспьютера 13

1.1.5. Процессы транспьютера 14

2. Выбор структуры устройства 15

3. Транспьютерная сеть 17

4. Выбор элементной базы 21

5. Описание функционирования 23

6. Выбор конструкции 26

Заключение 27

Список использованных источников 28

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,

СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

Мб- мегабайт;

ЭВМ- электронная вычислительная машина;

Mbps –количество мегабит за 1 секунду;

OKKAM (OCCAM) – язык программирования параллельных процессов;

ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика;

ЦПУ – центральное вычислительное устройство;

OЗУ – оперативное запоминающее устройство;

мкс – микросекунда;

ОП – оперативная память;

IBM PC/AT — персональный компьютер фирмы IBM;

RS-232 – последовательный порт;

STC104 – коммутатор С104;

MHz – мегагерцы;

RISC – Reduce Instruction Set Computer;

INMOS – компания-производитель, ориентирующаяся на производство высокопроизводительных процессоров;

STMicroelectronics – компания-производитель, специализирующаяся на выпуске различных электронных компонентов;

T-9000 транспьютер фирмы INMOS;

ST20450 — транспьютер фирмы STMicroelectronics;

SRAM –static random access memory

DRAM – dynamic random access memory

RTS, RXD, TXD,DSR, CTS – сигналы интерфейса RS-232;

ВВЕДЕНИЕ

Концепция параллелизма давно привлекала внимание специалистов своими потенциальными возможностями повышения производительности и надежности вычислительных систем. В СССР с 60-х годов выполнялись теоретические, экспериментальные и промышленные разработки в этом направлении. Было представлено теоретическое обоснование построения массово-параллельных систем на базе больших интегральных схем. Именно с подобными системами связывается в настоящее время перспектива дальнейшего наращивания производительности. Исторически первой промышленной разработкой, ориентированной на массово-параллельные системы стали транспьютеры.

Транспьютер – это микрокомпьютер с собственной внутренней памятью и линками (каналами) для соединения с другими транспьютерами. Термин «транспьютер», произошедший в результате объединения слов «транзистор» и «компьютер», отражает основную область его применения – массово-параллельные вычислительные системы, в которых он играет роль базового вычислительного элемента.

Некоторые специалисты понимают термин «транспьютер» как название конкретного продукта фирмы INMOS (ныне STMicroelectronics), другие трактуют его как обобщенное наименование микропроцессоров со встроенными межпроцессорными интерфейсами. Используется также термин «транспьютероподобный микропроцессор», чтобы, с одной стороны, подчеркнуть, что речь идет не о продукте фирмы INMOS, а, с другой стороны, указать, что микропроцессор имеет встроенные линки для образования параллельных систем. Вполне возможно, что стремительное развитие микроэлектроники не позволит термину «транспьютер» устояться, и он будет поглощен более общим – микропроцессор, так как отличительный признак транспьютера – встроенные межпроцессорные интерфейсы – появятся в том или ином виде у всех микропроцессоров.

Транспьютеры относятся к классу RISC-процессоров. Система команд транспьютеров ориентирована на поддержку языка высокого уровня ОККАМ (OCCAM). Это язык параллельного программирования, позволяющий задавать параллельные вычисления в соответствии с моделью взаимодействующих последовательных процессов. Программа на языке ОККАМ представляет собой совокупность асинхронных совместно протекающих взаимодействующих процессов, выполняющихся асинхронно и параллельно. Под процессом понимается ход исполнения программного кода некоторой программы или фрагмента программы. Взаимодействие между процессами реализуется путем обмена данными по принципу «рандеву». В транспьютере данная модель параллельных вычислений поддерживается благодаря наличию аппаратно-реализованного диспетчера, обеспечивающего выполнение параллельных процессов в режиме квантования времени. Причем количество одновременно выполняемых процессов не ограничено.

Мультипроцессорная система на базе транспьютеров представляет собой совокупность транспьютеров, соединенных по линиям связи (непосредственно или через коммутатор).

Существенно упростить программирование мультипроцессорных вычислительных систем на базе транспьютеров позволяет тот факт, что одинаковая модель параллельных вычислений поддерживается как внутри отдельного транспьютера, так и в рамках мультитранспьютерной сети в целом. Благодаря этому программа, разрабатываемая для мультипроцессорной системы, может быть создана и отлажена на одном единственном процессоре, а затем перенесена на сеть транспьютеров без существенных преобразований. Исключение составляет ограничение числа каналов связи процесса с процессами, протекающими на другом транспьютере, хотя это ограничение уже устранено в новых видах транспьютеров, таких как, например, Т-9000.

Высокая степень «функциональной самостоятельности» транспьютера, простота интеграции и наличие периферийных устройств позволяют в короткие сроки создавать системы на их основе. Коммуникационные каналы транспьютера могут осуществлять обмен данными одновременно с вычислениями, практически не снижая производительности процессора. Благодаря этому качеству транспьютеров системы на их основе обладают хорошей масштабируемостью и высоким значением показателя эффективности – производительность/стоимость.