2.18. Суперкомпьютер Gray

В основе - суперскалярная с возможностями векторной реализации операций архитектура.

Структура одного процессора:

Секция управления

программой

Буферы команд

1..4

. . .

Секция регистров

Блок выработки

команд и

управляющих

сигналов

Секция

памяти и

вв/вывода

24

канала

О

З

У

Адресные

регистры

Скалярные

регистры

КВВ

0 1… 7

…

Векторные

регистры

Первый Gray был создан в 1976-м году, выпущен – в 78-м году. Процессор имел объем 1м³, выполнял до 250 млн. операций/сек.

Состав Gray: 4 секции (12 устройств):

• секция функциональных устройств (АЛУ);

• секция регистров;

• секция управления программой;

• секция памяти и ввода-вывода.

4 независимые группы функциональных устройств:

• адресная группа;

• скалярная группа;

• группа операций с плавающей запятой;

• векторная группа.

АЛУ – это практически конвейерный процессор. Число сегментов в одном конвейере – до 14.

Длительность одного шага (сегмента) – 12.5 нс.

Число операций – 128. В мультипрограммном режиме могут одновременно выполняться 63 задачи. Имеется активизирующий компилятор с ФОРТРАНА, который распознает параллельные участки для векторных команд.

Большую роль играют быстрые регистры:

- адресные (А-регистры) -24-х разрядные, 8 шт.;

- скалярные (S-регистры) -64-х разр., 8 шт.;

- векторные (V-регистры) – 64 элемента*64 разр.,8 шт.

Время обращения к регистру 6 нс.

Ввод-вывод – по 24-м каналам (6*4 канала).

Gray2 – 2-х процессорный. GrayХ – MP/1 выполняет 1 млрд. операций/сек., в конфигурацию входит до 4-х процессоров. Был создан в 82-м году.

В Gary2 используется ОС типа Unix. Время реализации сегмента – 1.4нс.

2.19. Многопроцессорные системы.

В многопроцессорных системах гранулярность на уровне задач; в каждой ЭВМ свой счетчик команд. По классификации потоки-команд-потоки данных относятся к MIMD архитектурам.

1. Системы с общей памятью.

П – процессор, МП – модуль памяти.

Число процессоров ограничивается обстоятельствами, которые возникают при конфликтах при обращении к памяти.

От сети связи зависит эффективность всей многопроцессорной системы.

2. Системы с распределенной (индивидуальной) памятью (с коммутацией сообщений).

П – процессор, ЛП – локальная память.

В системе у каждого процессора имеется своя память и проблема конфликтов не столь актуальна.

Одна из наиболее серьезных проблем в проектировании многопроцессорных систем – необходимость использования сложных систем связи.

В идеале, для обеспечения высокой производительности и минимизации задержек при обмене информацией между процессорами и оперативным запоминающим устройством, желательно обеспечивать возможность связи в любой момент времени по принципу "каждый с каждым”, однако при построении таких систем уже при небольшом количестве процессоров сеть связи оказывается очень сложной и по оборудованию может даже превосходить другую часть системы. В случае использования сотен-тысяч процессоров нереально обеспечивать режим "каждый с каждым”. В связи с этим разработаны различные эвристические методы решения данной задачи на основе параллельно-последовательной передачи данных.

Рекомендуемая гранулярность при загрузке процессоров - на уровне задач или крупных частей задач.

Примеры способов (структур) реализации связей между процессорами.

Одношинная система.

Т аким способом более 4-х процессоров не подключают.

Мультиплексная общая шина.

Матричный коммутатор.

К – сложный коммутирующий элемент.

Разновидности сетей:

Полная сеть. Звездообразная сеть. Матричная сеть.

Матричная сеть типа «тор». Сеть типа «цепочка».

Кольцевая сеть.

Древовидная сеть.

Гиперкуб.

а) 2² процессоров, 2 связи на входе каждого процессора, не более двух участков для перехода от одного процессора к другому.

б) 2³ вершин (процессоров). 3 связи на входе каждого процессора. Чтобы перейти из одной вершины в любую другую, нужно пройти не более 3-х участков.

В общем случае: 2^L – количество процессоров, L связей на входе каждого процессора. Чтобы перейти из одной вершины в любую другую, нужно пройти не более L-х участков.

При формировании трафика связи между двумя процессорами эффективно используется особенность нумерации расположения соседних процессоров: их номера всегда отличаются только в значении одного из битов.