ВВЕДЕНИЕ

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ОБЩАЯ СТРУКТУРА МП-СИСТЕМЫ

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

СИСТЕМНАЯ ПАМЯТЬ.

ШИНА РАСШИРЕНИЯ ВВОДА-ВЫВОДА.

СПЕЦИФИКАЦИЯ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

КОНФИГУРАЦИЯ СИСТЕМНОЙ ПАМЯТИ.

КЭШИРУЕМОСТЬ И ДОСТУПНОСТЬ ФИЗИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ ДЛЯ ПРОЦЕССОРОВ.

ТРЕБОВАНИЯ К РЕАЛИЗАЦИИ ВНЕШНИХ КЭШЕЙ.

УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ (БЛОКИРОВКА).

УПОРЯДОЧЕНИЕ ЗАПИСЕЙ В ПАМЯТИ.

УПРАВЛЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЯМИ.

РЕЖИМЫ ПРЕРЫВАНИЯ.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ ПРЕРЫВАНИЙ НА ЛОКАЛЬНОМ БЛОКЕ APIC.

ОТОБРАЖЕНИЕ ПАМЯТИ APIC.

ТАЙМЕРЫ ИНТЕРВАЛОВ.

ПОДДЕРЖКА ПЕРЕЗАГРУЗКИ.

ТАБЛИЦЫ КОНФИГУРАЦИИ МП-СИСТЕМ

СТРУКТУРА УКАЗАТЕЛЯ ПЕРЕХОДОВ.

ТАБЛИЦА КОНФИГУРАЦИИ МП-СИСТЕМЫ.

ФУНКЦИИ BIOS В МП-СИСТЕМЕ.

УНИФИЦИРОВАННЫЕ ОС НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ SMP-СИСТЕМ

МНОГОЗАДАЧНОСТЬ.

МНОГОПОТОКОВАЯ АРХИТЕКТУРА.

СИММЕТРИЧНЫЕ МНОГОПРОЦЕССОРНЫЕ SMP-СИСТЕМЫ

СИЛЬНОСВЯЗАННАЯ МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ ОБРАБОТКА.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ ОБРАБОТКИ.

УНИФИЦИРОВАННЫЕ ОС НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ.

ВЫВОД

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Предложенная компанией Intel спецификация многопроцессор­ных (МП) систем (MPS - Multiprocessor Specification V. 1.1) определяет дополнения к стандарту, ис­пользуемому производителями компьютеров при проектирова­нии DOS-совместимых систем. Операционные системы, рас­считанные на многопроцессор­ную среду, позволят запускать в работу МП-системы, совмести­мые с этой спецификацией, без дополнительной настройки. Спецификация ориентирована на разработчиков РС/АТ-совместимых МП-платформ на основе архитектур процессоров и кон­троллеров APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) компании Intel. Тер­мин «РС/АТ-совместимый» ис­пользуется в данной работе чтобы характеризовать компо­ненты, видимые (доступных) для программных средств.

Главная цель спецификации — определить стандартный интерфейс для МП-платформ, который позволит расширить область применения РС/АТ-платформ по сравнению с традиционными однопроцессорными платформа­ми, в то же время сохраняя полную совместимость с PC/AT на уровне про­грамм.

Наличие спецификации позволит создавать рабочие станции высокого класса и серверы масштаба предприятия с хорошим отношением «цена/про­изводительность» и с возможностью исполнения всех существующих про­грамм для ПК, а также сформирует фундамент для программных пакетов для микроядерных ОС МП-систем.

Сердцем спецификации являются структуры данных, определяющие конфигурацию МП-системы (рис. 1). Эти структуры данных создает BIOS, в известном формате представляя аппаратные средства стандартным драйверам устройств или Уровню Изоляции Аппаратуры (HAL — Hardware Abstraction Layer) ОС. Спецификация определяет задаваемые по умолча­нию конфигурации аппаратуры, и в целях Польшей гибкости определяет рас­ширения для стандартного BIOS.

В спецификации рассматриваются следующие вопросы:

- Создание на основе РС/АТ-платформ многопроцессорных систем, которые могут исполнять существующие программы для однопроцессорных и мно­гопроцессорных микроядерных ОС.

- Поддержка симметричных многопроцессорных систем на одном или не­скольких процессорах, множество команд которых совместимо с архитек­турой семейств процессоров Pentium.

- Поддержка APIC (МП-контроллера прерываний) для обработки симмет­ричного ввода-вывода.

- Возможность использовать BIOS с минимальной настройкой на конкрет­ную МП-систему.

- Таблица факультативных МП-конфигураций с информацией о конфигура­ции.

- Включение ISA и других промышленных стандартов на шины, как EISA, МСА, VL и PCI в МП-совместимые системы.

- Требования, обеспечивающие прозрачную (для программного обеспече­ния) реализацию вторичной шины кэша и памяти.

Область применения

МП-спецификация будет полезна производителям компью­теров, предлагающим средства, пригодные для построения мно­гопроцессорных систем, без инвестиций в настройку на требова­ния заказчика одной или нескольких ОС. В ней рассматривают­ся вопросы разработки стандартного механизма для обеспече­ния возможности построения МП-систем на основе стандартов на аппаратные средства PC/AT.

Минимальный набор аппаратных средств, который необхо­дим для реализации МП-спецификации, таков:

- один или несколько процессоров, по набору команд совмести­мых с архитектурой семейств процессоров Intel 486 и Pentium;

- один или несколько контроллеров APIC на процессорах Pentium;

- прозрачные для программ подсистемы кэшей и общей памяти;

- видимые для программ компоненты РС/АТ-платформ.

Документ также определяет свойства МП-систем, видимые для BIOS и ОС. Однако надо учитывать, что по мере развития технологии выполняемые BIOS-функции могут изменяться. Считается, что только интерфейс с операционной системой остается неизменным.

На кого ориентирована данная спецификация? Прежде все­го, это производители РС/AТ-совместимых аппаратных средств, которые пригодны для использования и МП-системах. Во-вторых, разработчики, создающие продукты BIOS общего пользования или модифицирующие яти продукты для исполь­зования в конкретных МП-системах. В-третьих, разработчики операционных систем, адаптирующие ОС МП-системы для ис­полнения на определенных в спецификации платформах.

Общая структура МП-системы

При построении многопроцессорной архитектуры может ис­пользоваться одна из нескольких концептуальных моделей со­единения вычислительных элементов, а также множество схем взаимосвязи и вариантов реализации.

На рис. 2 показана общая структура МП-системы, построен­ной на основе спецификации MPS 1.1. В нее входит сильно свя­занная архитектура с общей памятью с распределенной обработ­кой данных и прерываний ввода-вывода. Она полностью симме­трична; это означает, что все процессоры функционально иден­тичны и имеют одинаковый статус, и каждый процессор может обмениваться с каждым другим процессором. Симметричность имеет два важных аспекта: симметричность памяти и ввода-вы­вода.

Память симметрична, если все процессоры совместно ис­пользуют общее пространство памяти и имеют в этом простран­стве доступ с одними и теми же адресами. Симметричность па­мяти предполагает, что все процессоры могут исполнять единст­венную копию ОС. В таком случае любые существующие систе­мы и прикладные программы будут работать одинаково, незави­симо от числа установленных в системе процессоров.

Требование симметричности ввода-вывода выполняется, ес­ли все процессоры имеют возможность доступа к одним и тем же подсистемам ввода-вывода (включая порты и контроллеры прерывания), причем любой процессор может получить преры­вание от любого источника. Некоторые МП-системы, имеющие симметричный доступ к памяти, в то же время являются асим метричными по отношению к прерываниям устройств ввода-вы­вода, поскольку выделяют один процессор для обработки пре­рываний. Симметричность ввода-вывода помогает убрать по­тенциально узкие места ввода-вывода и тем самым повысить расширяемость системы.