Отказ от магистрали-переход к РСИ

Прогресс технологии микроэлектроники привел к тому, что в наше время размеры элементов в микросхемах (транзисторов, резисторов, конденсаторов) удалось уменьшить до 0. 6−0. 8 мкм, а число элементов в одном кристалле увеличить до нескольких миллионов. Например, микропроцессор Pentium cодержит 3 млн. транзисторов, имеет соственную встроенную кэш-память и работает с частотой до 100 Мгц. Если несколько таких процессоров подсоединить к одной магистрали общего пользования, то их работа становится неэффективной: процессор, быстро подготовивший промежуточный результат, занимает магистраль для передачи данных другому процессору, а остальные процессоры вынуждены простаивать в течение относительно медленной передачи. Магистраль, бывшая в 70−80х г. г. верхом достижений, к концу 80х годов стала узким местом, нужно было искать новое решение.

Специалисты, создававшие Fastbus и Futurebus+, в 1988 г. объединились для создания системы, способной решить новые задачи. Была начата разработка стандарта, известного сейчас как ANSI/IEEE Std 1596−1992 Scalable Coherent Interface-SCI, в русском переводе-Расширяемый Связный Интерфейс, РСИ.

Рис. 4 Модель узла РСИ

Принцип магистрали общего пользования был отклонен в начале исследований. Решили, что в новой системе узлы следует соединять индивидуальными связями, причем информация должна передаваться по каналам связи только в одном направлении. Узел получает информацию из входного канала в дешифратор адреса. Если сообщение адресовано данному узлу, оно через дешифратор поступает в промежуточную память FIFO с очередью типа «первым вошло-первым вышло» и далее проходит на прикладные схемы узла для обработки, например, микропроцессорами и транспьютерами. Если сообщение адресовано другому узлу, оно через проходную FIFO и переключатель передается в выходной канал к следующему узлу. Если ранее уже началась выдача обработанной информации из выходной FIFO, передача проходящей информации задерживается до окончания выдачи. Можно заметить, что узлы РСИ действуют подобно железнодорожному узлу: если со станции выходит поезд и выходной путь занят, то приходящий поезд направляют на запасной путь для отстоя;если же состав адресован именно этому узлу, то его вагоны сортируют и подают на разгрузочные пути.

Последний из цепочки узлов РСИ соединяется с первым узлом-образуется колечко из нескольких узлов связей.

Наименьшее колечко состоит из 2х узлов. Кольцеобразная структура позволяет любому узлу получать подтверждение в приеме своего сообщения. Для этого адресованный узел сразу же после приема сообщения вырабатывает эхо-сообщение и передает его в выходной канал, чтобы оно прошло по колечку к узлу, вызвавшему первичное сообщение. Предусмотрены специальные узлы-агенты, имеющие выходы на боковые каналы, для соединения с другими колечками иными устройствами, выполняемыми в других стандартах. При помощи интерфейсных агентов конкретная система может быть расширена добавлением новых колечек с образованием сети произвольной конфигурации. РСИ является открытой системой, все составляющие которой работают в едином логическом протоколе и не требуют чуждых интерфейсов.

Рис. 5 Применение системы РСИ. У-узел РСИ, А-агент, М-агент-мост, П-агент-переключатель, РС-рабочая станция в стандарте РСИ, VME-крейт VME, ПК-персональный компьютер, ПКР-персональный компьютер в стандарте РС, Э-сеть Ethernet

Слово «связный» в названии системы означает, что в стандарте предусмотрены логические средства для образования связной группы кэш-памятей, получающих идентичную обновленную информацию. Связность устанавливается программно при помощи кодов-указателей адресов тех узлов, которые должны войти в связную группу. Затем процессор, создавший новую информацию, быстро выполняет ее запись в основную память и в группу кэшей.

Система РСИ-модульная, но не магистральная. Поскольку магистраль общего пользования в ней не понадобилась, из аббревиатуры МММИИУС исчезла одна буква М. Физический облик ММИИУС в стандарте РСИ может быть очень разнообразным: от персональной рабочей станции до суперкомпьютера, содержащего тысячи микропроцессоров, и транспьютеров;от одиночного персонального компьютера в комнате до информационной сети протяженностью десятки километров, объединяющей множество компьютеров и измерительно-управляющих устройств. Для компоновки аппаратурных систем в стандарте определены каналы связи 2х типов. Для передачи сообщений между модулями в стандартизованном каркасе служат 18 параллельных печатных линий на задней плате. Передачи между обособленными узлами выполняются последовательными кодами-по коаксиальному кабелю на расстоянии десятки метров или по оптоволоконному кабелю на километры и более. Скорости передач рекордные: при параллельной передаче 1 Гбайт/сек на частоте 250 МГц, при последовательной-1 Гбит/сек.

Объем полного адреса-64 разряда, причем наиболее значимые 16 разрядов выражают адрес узла в целом, поэтому в аппаратурной системе максимальное число узлов может быть равно 2 =65 536. Остальные 48 разрядов определяют допустимое число адресов в каждом узле-около 280 трлн. Если в каждом адресе хранить стандартное 64-разрядное слово данных, то максимальный объем информации в узле составит 1. 8 трлн. авторских листов по 40. 000 знаков или 3. 8 млрд. книг «Советский Энциклопедический словарь». На практике полный объем памяти не используют, но запас нужен для удобства программирования.

Стандартом предусмотрены и малые дешевые системы с 32-разрядным адресом. В 1995 г. РСИ стал международным стандартом, он принят в качестве базовой системы в ВВС США и в ВМФ США и Канады.

Благодаря агентам-мостам аппаратура РСИ будет соединена со старыми магистрально-модульными системами и уже существующими сетями.

Говоря языком рекламы, РСИ-мост в ХХ1 век-век информатики, основанной на модульных открытых информационных сетях.