otvety / транзистор и транспьютер

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

В полевых и биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или 

Транспьютер – это, дословно, транзисторный компьютер. Смысл этого названия, задуманный фирмой Jnmos (Англия, 1980-1990 г.г.), состоит в том, что транспьютер – это базовый элемент для построения на полупроводниковой пластине многопроцессорной системы с массовым параллелизмом; такой же по значению, как и транзистор для однопроцессорных ЭВМ фон Неймана. Он представляет собой RISC микропроцессор, содержащий встроенные локальную ОП (ЛОП), сопроцессор с плавающей запятой, параллельный порт (ПрП) и не менее 4-х последовательных дуплексных портов (ПсП), так называемых Линков. В многопроцессорных платформах они соединяются друг с другом через последовательные порты чаще всего по топологии решетки (матрицы с близкодействием). В транспьютерной ВС матрица транспьютерной сети используется как параллельный акселератор, работающий под управлением ведущей ЭВМ, программируемый и загружаемый с помощью системного ПО ведущей ЭВМ.

Транспьютерная сеть лишь условно может быть отнесена к способу организации МКМДКСВсОрПр, так как классификация Головкина не учитывает возможности ее структурного программирования в дополнение к обычному командно – алгоритмическому программированию каждого транспьютера в отдельности. Это позволяет программировать в транспьютерных сетях любую из известных структур и архитектур центральной обрабатывающей части современных ВС. Поэтому их часто называют системами с программируемой структурой и архитектурой. Причем это достигается без изменения раз и навсегда проложенных физических межсоединений (линков) между процессорами. Это стало возможным благодаря заимствованию из сетей ЭВМ принципа адресной маршрутизации сообщений между процессорами. Отсюда главное ключевое слово «сети» в их наименовании. Разработан и широко опубликован специальный алгоритмический язык их комбинированного параллельно – последовательного программирования, позволяющий совместить в одной программе и структурную программу сети, и декларативные программы множества транспьютеров. Он называется Оккам (Occam) и будет рассмотрен позднее. Имеется компилятор программ в этом языке, загружаемый в ведущую однопроцессорную ЭВМ.

В состав структуры транспьютерной ВС входят: матрица транспьютерной сети, соединяемая общей шиной с наружной основной оперативной памятью большой емкости и с интерфейсом ввода – вывода ведущей ЭВМ. Все транспьютеры подключаются к названной системной общей шине через свои параллельные порты ввода-вывода. Общая шина используется для обмена информацией с наружной основной памятью, для загрузки в ЛОП транспьютеров фрагментов распараллеленной структурно – декларативной программы сети, а также для ускорения обмена данными между удаленными транспьютерами. Обмен данными между соседними и ближайшими транспьютерами осуществляется по последовательным линиям связи (линкам) путем маршрутизации передачи сообщений по адресам приемников, указываемых в специальных командах коммуникации, вписываемых компилятором в транспьютерные фрагменты распаралленной программы (в последовательные подпрограммы). Маршрутизацию по заданным адресам удаленных абонентов выполняют специальные программные утилиты, загружаемые в ЛОП всех транспьютеров в режиме начальной загрузки.

Структура транспьютерной ВС

Фрагмент матрицы транспьютерной сети

Параллельные порты (ПрП) внутри транспьютера подключаются к его внутренней общей шине и используются для организации обмена блоками данных и сегментами программ в режиме прямого доступа между общей ОП или памятью ведущей ЭВМ и каждой из ЛОП транспьютеров.

Параллельные фрагменты обрабатываемых прикладных программ заготавливаются компилятором в ведущей ЭВМ, загружаются в ЛОП транспьютеров и исполняются каждым из них как последовательные подпрограммы. Если в процессе обработки по исходному алгоритму потребуется передача данных в другие транспьютеры или запрос недостающих данных у других транспьютеров, компилятор вводит коммуникационные команды в соответствующие последовательные подпрограммы фрагментов. Коммуникационные команды содержат адрес удаленного приемника или удаленного источника данных. Они исполняются специальными утилитами адресной маршрутизации сообщений.

Такой подход к организации коммуникаций позволяет выполнить программирование структуры (структурное программирование) только логически без коммутации межсоединений между транспьютерами. Для этого достаточно:

- назначить связанное компактное подмножество транспьютеров в матрице сети, предусмотренных для загрузки в них параллельных фрагментов решаемой задачи; внешний контур этого компактного подмножества транспьютеров определяет пределы пересылки информации между ними в динамике решения этой задачи;

- загрузить в каждый транспьютер этого подмножества последовательную подпрограмму фрагмента задачи, заготовленную компилятором и содержащую команды коммуникации.

При больших размерах транспьютерной матрицы в ней можно расположить несколько таких параллельных прикладных областей и затем исполнять их одновременно.

Прикладная область транспьютерной матрицы может быть логически структурно запрограммирована под любой из известных типов структурной организации центральной обрабатывающей части многопроцессорной ВС:

- если все транспьютеры в командном цикле одновременно выполняют одну и ту же команду вычислений или пересылок сообщений соседям, получим матричную организацию с общим управлением типа SIMD;

- если с помощью расстановки команд коммуникации в фрагментах программ предусмотреть адресную маршрутизацию в виде последовательной передачи данных по цепочке транспьютеров с обработкой их в каждом их них по разным фрагментам программы, получим программируемый конвейер типа MISD;

- если все транспьютеры прикладной области в командном цикле одновременно выполняют разные команды при произвольной адресации пересылок промежуточных результатов, приходим к организации типа MIMD.

Аналогично можно запрограммировать многоконвейерные систолические или волновые структуры.

Так как в больших транспьютерных сетях можно структурно запрограммировать несколько прикладных областей, работающих параллельно одновременно и имеющих разную структурную организацию: одна- SIMD, другая –MIMD, третья систолическая и т.п., можно на одной многопроцессорной платформе создать систему типа ФРВС (функционально-распределенной), сохраняя при этом требуемую для организации отказоустойчивых вычислений однородность технических средств.

Наконец, на этой многопроцессорной платформе можно запрограммировать отдельную системную область, выполняющую основные резидентные программы операционной системы. Коммуникации, необходимые для управления подчиненными прикладными подобластями на этой же платформе, можно быстро выполнять, используя системную общую шину, пронизывающую всю матрицу транспьютеров. В результате можно программировать как структуру, так и архитектуру.

Недостатки транспьютерных сетей:

- возможность реализации только среднезернистого параллелизма из-за ограниченной и недостаточной емкости памяти встроенных ЛОП (пока она составляет 4 Кбайта);

- существенное увеличение коммуникационных задержек при увеличении размеров прикладных областей и степени связанности их параллельных фрагментов.