根据各微处理器在多微处理器系统中的地位,可以把多微处理器系统的结构分为分级式结椰垂直式)和并行式结椰水平式顶种。
1.分级式结构
分级式结构系统的拓扑结构呈树状。在这种结构中,各微处理器之间存在着明显的层次关系。通常下级微处理器执行数据采集和控制任务;上级微处理器执行数据的加工任务以及综合处理和管理抉策任务。如图5.1所示的一种情况,PP为主微处理器,控制其它微处理器,其它微处理器为从微处理器,担任具体的独立的子任务,如数据采集、信号输出、显示打印等。这样的分级式结构又称主从式结构。由于每台从微处理器MP只与主微处理器MM通信,因而系统通信结构简单,易于实现。
这种结构形式的主微处理器十分重要,一旦出现故障,整个系统将陷于瘫痪,因此宜设计成双供系统,即增加一个备用的主微处理器。另一种分级式结构的系统,上级微处理器只承担监视和大容量数据存储等任务,而不控制下级微处理器,则它出现故障对整个系统的影响不大。分级式结构系统的另一种可能故障是通信线路出问题,使得某些下级微处理器与上级微处理器失去联系。性能要求高时,也可以采用冗余技术加以克服,或采用系统出现故障时微处理器自动降级使用的方法。
2.共享总线式结构
这是一种并行式结构,与分级式结构不同,并行式结构系统中的各微处理器完全没有固定的主从关系,各微处理器在定义之前是完全平等的关系,可以互相通信,也可以不联系,可以作主微处理器,也可以作从微处理器。把各微处理器和外部设备通过公用总线连接起来,便形成所谓共享总线式结构系统。如图5.2所示,这种结构又分单共享总线式和多共享总线式两种。每一总线都会有控制线、数据线和地址线若干条,各微处理器和设备都挂在共享总线上,并按一定的规则对总线进行访问,从而达到各微处理器和设备之间彼此交换信息的目的。对于总线的访问控制可以来用集中和分散两种方式。在集中控制方式中,访问总线的控制功能集中于一处,交换的信息首先传送至一个共享开关中,然后由它将这些信息沿着公用总线再传送至指定的目的地。这种集中控制功能可以包括在一个微处理器中,或者由一个专用总线控制器来完成。专用总线控制器可以按查询方式、中断方式或特殊的分配方式工作。若采用另一种方式,总线的控制逻辑分散在与总线相连的所有微处理器中。
共享总线式系统的性能主要取决于总线的“带宽”、系统设备的数目、和访问控制规则等因素。共享总线式系统结构的主要优点是结构简单,设备的挂接或摘除比较方便,成本较低它的问题在于,如果总线出现故障,则将影响整个系统。多共享总线可以提高性能和可靠性,但结构复杂,成本增高。
3.点至点互联式结构
将两个以上的微处理器通过通信线路彼此连接起来便形成点至点互联式结构。如果在点至点互联系统中,每个微处理器之间都有通信线路连接,则称为全互联系统,否则称为部分互联系统。图5.3所示的为一般全互联式结构的多微处理器系统。
这种结构的多微处理器系统中,通信机构复杂,当微处理器数量大于5时,系统内部冲突和竞争增加,致使通信转换不快涎以满足实时要求刷如肘于图5.3所示的五个节点组成的全互联系统,需要10条通信线路,且每个微处理器要有四个接口,以便与其它微处理器连接。当然,这种结构的优点是可靠性高,部分通信线路的故障对整个系统影响不大。为了避免造价过高,且满足实时要求,系统的微处理器不能过多,最好不超过三个。
4.共享存储器连接式结构
图5.4所示的是,各微处理器通过一个多端口存储器连接进行通信的结构,称为共享存储器连接式结构。这种结构中,多端口负贡解决访问冲突,并采用周期安排方式进行访问。访问快,吞吐量大,可靠性高是这种结构的优点。但当系统的微处理器数量达到3个及以上时,存储器端口的增加会有困难。这里的多端口共享存储器与共享总线式系统中的共享存储器(公共存储器)是有区别的。(本文来源:正航仪器)http://www.zhsysb.cn