Обработка информации в режиме коллективного пользования и реального времени

В режиме коллективного пользования (с разделением времени между пользователями) ПВМ принимает и обрабатывает запросы, поступающие в режиме многоканального интерактивного доступа с внешних терминальных устройств (например, с периферийных ЭВМ) и выдает ответы на эти устройства. В соответствии с заданным регламентом (дисциплиной обслуживания) (раздел 8.5) выполняется периодическое решение групп задач, формируемых на терминальных устройствах.

Обработка информации в системах коллективного пользования осуществляется с использованием так называемого супервизора, который опрашивает терминальные устройства, обменивается с ними информацией и устанавливает регламент решения задач в ПВМ. Супервизор взаимодействует с дешифратором заданий, который по тексту входного сообщения распознает и формирует задание в стандартной форме на внутреннем языке программного обеспечения ПВМ. Сформированным заданиям присваивается приоритет, в соответствии с которым они дополняют очередь в накопителе заданий, доступном для всех процессоров ПВМ. Задания между процессорами распределяет диспетчер ПВМ.

В системе коллективного пользования каждая программа того или иного задания работает в течение короткого промежутка (кванта) времени. Когда квант времени работы одной программы заканчивается, начинает работать другая программа, несмотря на то, что первая программа не завершена. На следующих квантах времени работают очередные программы. После использования кванта времени всеми принятыми к обработке программами планировщик ПВМ вновь возвращается к отложенной программе и снова выделяет ей квант времени. Этот процесс повторяется многократно.

Указанные переключения и принципы выбора следующей программы для исполнения определяются приоритетами заданий и применяемыми в ПОМ дисциплинами их обслуживания. Каждое задание либо является приоритетным, либо прерывается и заменяется другим заданием.

При организации параллельных вычислительных процессов в системах коллективного пользования нет необходимости в упорядоченности заданий или отдельных работ внутри заданий, как это имеет место при обработке макроинструкций (раздел 6.4.3). Мультипрограммный режим обработки информации обеспечивает максимальную эффективность использования процессоров ПВМ за счет параллельного выполнения большого числа независимых работ.

Обработка информации в режиме реального времени. Процесс решения задач в режиме реального времени обусловлен непрерывным поступлением информации в ПВМ, связанной, например, с процессом управления промышленным объектом (с помощью ПВМ) в реальном масштабе времени. Этот режим является циклическим и осуществляется в многоканальных системах массового обслуживания. Например, продолжительность цикла вычислений при решении задачи расчета траектории полета летательного аппарата обусловлена частотой поступления радиолокационных данных с этого аппарата.

Каждая задача проходит несколько стадий обслуживания. Кроме длительности цикла одного решения для каждой задачи может быть задано число циклов решения. Оно определяется в результате решения других задач или проверки какого-либо условия выполнения задания.

Прием задач, назначение каналов связи с пользователями и составление графика перехода на новые стадии обслуживания осуществляет специализированный супервизор. Он управляет обменом информацией с внешними объектами и формирует очередь выполнения задач, а также подготавливает информацию для диспетчера, распределяющего задания между процессорами ПВМ и отслеживающего процесс решения задач.

Конвейерная обработка информации. Конвейерные ПВМ работают по принципу конвейерного выполнения операций одновременно работающими функциональнми устройствами (ФУ) (раздел 5.5). Рассмотрим, например, процесс сложения двух чисел с плавающей запятой, включающий следующие операции:
- сравнение порядков,
- сдвиг мантиссы большего числа;

- сложение мантисс;
- нормализация;
- округление результата.

Конвейерный процессор (раздел 5.6.1), выполняющий сложение чисел с плавающей запятой, представляет собой цепочку простых ФУ, параллельно (со сдвигом на один такт) выполняющих операции сравнение порядков, сдвиг мантиссы, сложение мантисс и др. Каждое ФУ выполняет свои операции независимо от других ФУ и на очередном такте передает работу следующему ФУ для выполнения им своей операции. Последующее ФУ вступает в работу, как только у предыдущего ФУ закончится выполнение своей операции, а не вся задача сложения в целом (табл. 6.1).

Число шагов, необходимых для выполнения конвейерным ФУ операций одного типа, называют числом ступеней конвейера. Совокупность параллельно работающих конвейерных ФУ различных типов называется макроконвейером.

Для макроконвейерных вычислений характерно наличие большого числа параллельных ветвей независимых вычислений и возможность пренебрежения связями и временем передачи информации между ветвями. Выбор моментов переключения ФУ в макроконвейере является решающим фактором определения динамики процесса конвейерных вычислений. От этого зависят возможность и время реализации параллельного алгоритма на ПВМ.