§1.3.2 Векторлы-конвейерлік компьютелер

Алғашқы Cray-1 компьютері 1976 жылы құрастырылып пайдалануға берілгеннен кейін векторлы-конвейерлік компьютерлердің тарихы басталды десе болады. Бұл суперкомпьютердің архитектурасы өте сәтті шыққандықтан, артынша, бірнеше өте ұқсас суперкомпьютерлер жасалынып, оның атауы өте қуатты есептеу техникаларының белгісі ретінде қабылданды.

Өткен ғасырдың 90-шы жылдарының ортасынан бастап, векторлық компьютерлер өз орындарын таратылған жадылы массивті-параллель компьютерлерге бере бастағаны байқалды. Бұл түсінікті де еді. Ерекше дайындалған есептеу жүйелері үшін баға/өнімділік ара-қатынасы жаппай өндірілетін өнімдермен конкуренцияға түсе алмайтыны белгілі, ал осы параметр көп жағдайда шешуші болып табылатыны анық. Сол себепті векторлы-конвейерлік компьютерлердің дамуы осымен аяқталуға жақын деген сөздер де шыға бастады. Алайда, 2002 жылы NEC корпорациясы негізін векторлық процессорлар құрайтын «the Earth Simulator» параллель есептеу жүйесін құрудың негізгі жұмыстары аяқталды деп хабарлады. Бұл жүйе 640 есептеу торабынан тұрды, әр торапқа 8 векторлық процессордан жинақталып, жүйе барлығы 5120 процессорды қамтыды. Әрбір процессордың шектік өнімділігі 8 Гфлопс құрағандықтан, тұтас компьютер үшін бұл шама 40 Тфлопс-тан асып түсті. LINPACK тестіндегі өнімділігі 35,6 Тфлопс құрады, яғни шектік өнімділігінің 89 % - әрине бұл өте керемет көрсеткіш. Бұдан шығатын қорытынды, параллель есептеу техникасы дамуының векторлы-конвейерлік бағыты перспективті бағыттардың бірі болып қала берері анық.

Енді, осы бағытта құрастырылған есептеу жүйелерімен толығырақ танысу үшін, осы класқа жататын компьютерлерге тиісті ерекшеліктердің бәрі архитектурасында бар Cray C90 компьютерін қарастырайық [9]. Оның ізін басушы Cray Т90 компьютерінің құрылымы да осы сияқты, ол тек жекелеген сандық сипаттамаларымен ғана ерекшеленеді.

Сонымен, Cray C90 – өткен ғасырдың 90-шы жылдарының басында өмірге келген векторлы-конвейерлік компьютер. Компьютердің максималды конфигурациясына, ортақ жадымен жұмыс істейтін, бірдей 16 процессор енгізілген. Компьютердің такті уақыты 4,1 нс, ол шамамен 250 МГц тактілік жиілігіне сәйкес келеді. 24-ші суретте Cray C90 компьютерінің жалпы сүлбесі және ондағы бір процессордың құрылымы толық келтірілген.

Cray C90 компьютеріндегі процессорлар бірдей және олар ондағы барлық бөлінетін ресурстарға қатысты тең құқылы: жады, енгізу/шығару секциясы және процессор аралық өзара қатынас секциясы. Олардың ерекшеліктерін қарастырайық.

Жедел жады құрылымы

Cray C90 компьютерінің жедел жадысы барлық процессорлар және енгізу/шығару секциясына бөлінеді. Жадының әрбір сөзі 80 разрядтан тұрады: 64 разряды деректерді сақтау үшін және қосымша 16 разряды қателерді түзету үшін.

24 Сурет. Cray c90 компьютерінің жалпы сүлбесі

Деректерді таңдау жылдамдығын арттыру үшін жедел жады бір мезгілде жұмыс істей алатын көптеген банкаларға бөлінген.

Әрбір процессор әрқайсысы бір тактіде екі сөз жібере алатын қабілеті бар төрт порт арқылы жедел жадымен қатынас жасай алады. Порттардың бірі әрқашанда енгізу/шығару секциясымен байланысқан және кемінде бір порт әрқашанда жазу операциясына бөлінген. Бұндай архитектура кірістік векторы екеуден аспайтын векторлық операцияларды орындау үшін өте ыңғайлы.

Максималды конфигурацияда компьютер жадысын 1024 банкаға бөлуге болатыны қарастырылған. Мұнда әрбір 8 секция 8 подсекцияға, әрбір подсекция 16 банкаға бөлінген (25 сурет). Тізбекті адрестер кезекпен әрбір параметр бойынша жүргізіледі:

адрес 0 - 0-ші секция, 0-ші подсекция, 0-ші банка;

адрес 1 - 1-ші секция, 0-ші подсекция, 0-ші банка;

адрес 2 - 2-ші секция, 0-ші подсекция, 0-ші банка;

…

адрес 8 - 0-ші секция, 1-ші подсекция, 0-ші банка;

адрес 9 - 1-ші секция, 1-ші подсекция, 0-ші банка;

…

адрес 63 - 7-ші секция, 7-ші подсекция, 0-ші банка;

адрес 64 - 0-ші секция, 0-ші подсекция, 1-ші банка;

адрес 65 - 1-ші секция, 0-ші подсекция, 1-ші банка;

...

Қандай да бір секцияға бір мезгілде қатынас жасалына қалса шиелініс пайда болады, бірақ ол бір тактіде шешіледі. Бұл жағдайда сұраныстардың бірінің өңделуі жалғастырыла береді де, ал басқасы жай бір тактіге бұғатталады. Егер қандай да бір секцияның бір подсекциясына бір мезгілде қатынас жасалатын болса, онда шиеліністі шешуге қажетті уақыт 6 тактіге жетуі мүмкін. Әрине, қандай да бір секцияның қандай да бір подсекциясына тұрақты түрде қатынас жасалына беретін болса, онда шиеліністің максималды саны алынары түсінікті де. Бұл процессордың 64 еселік қадаммен орналасқан деректермен векторлық операцияларды орындау кезінде болатыны белгілі. Осы мысалдың өзі Cray C90 компьютерінің бір процессорында бір бағдарламаны ғана орындау барысында шиеліністер болуы мүмкіндігі фактісінің иллюстрациясы болары анық.