Исследование и разработка высокопроизводительных устройств коммуникационной среды для создания параллельных ЭВМ индустриального применения

• Автор: Сидоров, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.
1. Исследование и выбор схемы построения коммуникационной среды для создания параллельных ЭВМ индустриального применения.

1.1. Анализ области применения.

1.2. Требования, предъявляемые к коммуникационным средам параллельных ЭВМ индустриального применения

1.3. Коммуникационные среды и архитектуры параллельных ЭВМ.

1.3.1. Классификация коммуникационных сред.

1.3.2. Основные типы архитектур параллельных ЭВМ.

1.3.2.1. Симметричные мультипроцессорные системы

1.3.2.2. Системы с неоднородным доступом к памяти.

1.3.2.3. Системы с массовым параллелизмом.

1.3.2.4. Кластерные системы.

1.3.2.5. Неоднородные системы.
1.4. Выбор схемы построения коммуникационной среды, удовлетворяющей поставленным требованиям.
1.4.1. Промышленные сети класса ПеШВия.
1.4.2. Высокопроизводительные коммуникационные среды масштаба вычислительной системы для создания параллельных ЭВМ научного и офисного применения
1.4.3. Высокопроизводительные коммуникационные среды масштаба вычислительной системы для создания параллельных ЭВМ индустриального применения зарубежных производителей.
1.4.4. Двухслойная схема построения коммуникационной среды для создания параллельных ЭВМ индустриального применения.
2. Разработка методов и средств, используемых при построении верхнего слоя коммуникационной среды параллельной ЭВМ индустриального применения
2.1. Реализация индустриального на базе контроллера коммутатораадаптера сетей
2.2. Разработка блоков контроллера коммутатора, повышающих эффективность его использования для построения коммуникационных сред параллельных ЭВМ кластерного типа.
2.2.1. Организация управления коммутацией кадров в коммутаторе
2.2.1.1. Методы построения адресной таблицы.
2.2.1.2. Методы организации транковых соединений
2.2.2. Масштабирование коммутаторов.
2.3. Структура разработанного контроллера коммутатора
3. Исследование и разработка методов построения нижнего высокопроизводительного слоя коммуникационной среды для создания параллельных ЭВМ индустриального применения.
3.1. Исследование методов организации высокопроизводительных коммуникационных протоколов.
3.1.1. Многоуровневая организация коммуникационных протоколов
3.1.2. Специализированные высокопроизводительные
коммуникационные интерфейсы.
3.1.2.1. Виртуальный интерфейс VI.
3.1.2.2. Коммуникационная библиотека i .
3.1.2.3. Коммуникационная библиотека i I.
3.2. Разработка методов и средств построения высокопроизводительного коммуникационного интерфейса
3.2.1. Формулировка базовых принципов построения интерфейса
3.2.2. Архитектура и функционирование интерфейса
3.2.3. Разработка адаптера высокопроизводительной коммуникационной среды
3.2.3.1. Обобщенная функциональная модель адаптера
3.2.3.2. Структура адаптера.
3.2.3.3. Схема функционирования разработанного адаптера в вычислительной системе.
Выводы.
4. Разработка методов построения канального уровня высокопроизводительного слоя коммуникационной среды для создания параллельных ЭВМ индустриального применения
4.1. Основные характеристики разработанного протокола
4.2. Разработка метода доступа к среде с кольцевой топологией
4.2.1. Алгоритм работы многомаркерного метода доступа
4.2.2. Методика оценки эффективности использования среды.
4.2.3. Метод создания отказоустойчивых колец.
4.2.4. Структура контроллера, реализующего разработанный протокол .
4.3. Реализация подуровня коммутируемых соединений.
Выводы.
5. Использование разработанных средств построения коммуникационных сред.
5.1. Проектирование систем на базе разработанных средств построения коммуникационных сред
5.2. Варианты построения систем на базе разработанного контроллера коммутатора ЕЛетеаБ ЕЬете.
5.3. Специализированная распределенная вычислительная система на устройствах с перенастраиваемой архитектурой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Для создания макетных образцов с реальными задержками и аппаратного моделирования использовались перепрограммируемые микросхемы типа фирмы , и системы проектирования xII и II фирмы . Предложена схема и обоснованы принципы двухслойного построения коммуникационной среды для создания высокопроизводительной параллельной ЭВМ индустриального применения. Двухслойная схема коммуникационной среды позволяет проводить логическое и физическое разбиение высокопроизводительной параллельной ЭВМ на слабосвязанные или независимые сегменты в соответствии со спецификой задач для ЭВМ индустриального применения. ЭВМ с массовым параллелизмом. Выделены базовые принципы построения таких интерфейсов. Разработана архитектура высокопроизводительного коммуникационного интерфейса для использования в параллельных ЭВМ индустриального применения. Отличительными особенностями разработанного интерфейса являются аппаратная реализация групповых и широковещательных пересылок, возможность работы как в режиме обмена сообщениями, так и в режиме прямого доступа к виртуальному адресному пространству удаленных процессов, и поддержка операций удаленного чтения с модификацией данных. Разработана структура адаптера коммуникационной среды, реализующего аппаратно и микропрограммно основную часть функции разработанного высокопроизводительного коммуникационного интерфейса. Адаптер с разработанной структурой позволяет процессам, выполняющимся на различных вычислительных узлах параллельной ЭВМ, осуществлять обмен данными со скоростями до 1 Гбитс и временами задержек на межпроцессорные взаимодействия от 5 мкс, что сравнимо по характеристикам с зарубежными коммерческими аналогами неиндустриального применения, при возможности одновременной обработки до коммуникационных операций, что в 2,5 раза превосходит рассмотренный зарубежный аналог. Выигрыш достигается за счет того, что обработка базовых коммуникационных операций реализуется не микропрограммно на процессорном ядре адаптера, а аппаратно в конвейере на специально разработанной потоковой машине адаптера. Разработан метод доступа к среде с кольцевой топологией, позволяющий повысить эффективность использования среды в раз по сравнению с текущими применяемыми алгоритмами. Повышение эффективности достигается за счет того, что в кольце передается не право на захват кольца, а при помощи маркеров станций в кольце передается право на захват конкретной целевой станции, что позволяет различным станциям в кольце вести одновременно независимые передачи пакетов. Предложен метод создания отказоустойчивых колец с возможностью создания резервных соединений и объединения колец в отсутствие дополнительных устройств. Предложенный метод позволяет обнаруживать и изолировать в кольце сбойные участки, количество которых может достигать половины числа узлов в кольце, обеспечивая при этом целостность системы, что по характеристикам превосходит известный метод резервирования колец, используемый в РЭ. Предложенный метод реализуется за счет дублирования только входных соединений контроллера и переключением входа контроллера на резервное соединение в случае детектирования разрыва связи по основному соединению. Разработана структура и схемотехника масштабируемого управляемого контроллера коммутатораадаптера , имеющая в своем составе контроллер интерфейса среды с кольцевой топологией и контроллер интерфейса шины I, что позволяет сократить количество разрабатываемых и используемых микросхем в 2. Предложена трехуровневая структура и схемотехника адресной таблицы сетевого коммутатора, позволяющая проводить поиск адреса в 1,5. Первый уровень реализован с использованием хэшфункции на базе циклического кода . Второй уровень введен для борьбы с коллизиями хэшфункции первого уровня и использует другую хэшфункцию циклического кода 9. Третий уровень введен для борьбы с коллизиями хэшфункции второго уровня и использует алгоритм упорядоченного заполнения и бинарного поиска. Разработана структура и схемотехника блока реализации транковых соединений, реализующего фиксированный, случайный и предложенный циклический алгоритм балансировки трафика.