12.3 Транспьютеры

Концепция параллелизма давно привлекала внимание специалистов своими потенциальными возможностями повышения производительности и надежности вычислительных систем. Исторически первой промышленной разработкой, ориентированной на массово-параллельные системы, стали транспьтеры.

Транспьютер – это микрокомпьютер с каналами связи для соединения с другими микрокомпьтерами. Этот термин произошел в результате объединения слов “транзистор” (переносчик) и “компьютер” (вычислитель), что отражает основную область применения транспьютеров в массово-параллельных вычислительных системах.

По прогнозу, данному в [19], термин “транспьютер” в связи со стремительным развитием микроэлектроники не сохранится (что мы и наблюдаем в настоящее время). Он заменится на термины – “микропроцессор” и “сигнальный процессор”, так как отличительный признак транспьютера – встроенные межпроцессорные интерфейсы, появится и уже появляется в том или ином виде у всех сигнальных микропроцессоров.

В 1983 г. фирмой Inmos (Англия) был разработан первый транспьютер Т414. Его основные характеристики были следующие:

- шина данных – 32 разряда;

- объем внутренней памяти – 2 кбайта;

- число коммуникационных каналов (линков) – 4;

- скорость обмена данными по линку – 5, 10, 20 Мбит/с;

- тактовая частота – 15 МГц;

- производительность – 10 MIPS.

В рамках развития данного направления были выпущены модификации транспьютеров с большим объемом памяти (до 4 кбайт), и более высокой тактовой частотой (до 30 МГц) – это транспьютеры семейства Т4**, а также 16-разрядная модификация - семейство Т2**. Были разработаны транспьютеры со встроенными устройствами выполнения операций с плавающей запятой – семейство Т8**, производительность которых достигает 30 MIPS и 4,3 MFLOPS.

Высокая степень “функциональной самостоятельности” транспьютера, простота интеграции и наличие периферийных устройств позволяют в короткие сроки создавать системы на их основе.

Транспьютер Т9000. На момент появления транспьютеры семейства Т8** были самыми быстродействующими 32-разрядными микропроцессорами. Попытка фирмы Inmos сохранить лидерство перед американскими производителями микропроцессоров воплотилась в разработку в 1991 г. транспьютера Т9000, имеющего следующие основные технические характеристики:

• производительность – 200 MIPS и 25MFLOPS;

• объем внутренней памяти – 16 кбайт;

• число коммуникационных каналов – 4;

• скорость обмена по линку – 100 Мбит/с.

Основными особенностями архитектуры данного транспьютера являются аппаратная поддержка механизма виртуальных каналов и аппаратный группировщик команд, повышающий загрузку параллельно функционирующих устройств процессора.

Транспьютеры “Квант” является примером отечественной разработки транспьютероподобных сигнальных микропроцессоров, выполненной в конце 80-х годов [19].

Это семейство 32-разрядных микропроцессоров с оригинальной архитектурой, сочетающей RISC-подход с методикой длинного командного слова. Семейство “Квант” характеризуется высокой степенью внутреннего параллелизма процессов обработки, конвейерным выполнением команд, гарвардской архитектурой памяти, наличием последовательных коммуникационных каналов – линков. Были выпущены две модификации микропроцессоров, спроектированных в НИИ “Квант”:

- “Квант-10” по технологии 2,5 мкм на трех базовых матричных кристаллах (БМК) 1537ХМ2 ;

- “Квант-20” по технологии 1,5 мкм на одном кристалле типа U1700 ZMD (ГДР).

Гибкая система команд СП “Квант” способствует его эффективному применению к решению задач счетного характера, так и к задачам логической и символьной обработки.

Уникальная архитектура СП “Квант” позволила обеспечить лучшее значение производительности по сравнению с транспьютерами фирмы Inmos. Производительность СП “Квант-10” и “Квант-20” с тактовой частотой 4 МГц оценивается значением 15 MIPS и 30 MIPS соответственно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. М.:, Изд-во ”Нолидж”, 1998, - 240 с.

2. Информатика. Учебник под ред.Макаровой Н.В., М.: Финансы и статистика, 1997.

3. Корячко В.П. Микропроцессоры и микроЭВМ в радиоэлектронных средствах. М.: ВШ, 1990, - 407 с.

4. Левенталь Л. Введение в микропроцессоры. М.:, Энергоатомиздат, 1983, 464 с.

5. Архитектура и проектирование микроЭВМ. Под ред. Преснухина Л.Н. М.:, высшая школа, 1986, - 496 с.

6. Гивоне Д., Россер Р. Микропроцессоры и микрокомпьютеры. М.:, Мир, 1983, - 464 с.

7. Ю-Чжен Лю, Гибсон Г. Микропроцессоры семейства 8086/8088. -М.: Радио и связь, 1987. -512 с.

8. Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ. –Л.: Машиностроение. 1987. – 640 с.

9. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных схем. Справочник. Под ред. Шахнова. В.А.-М:. Радио и связь, 1988 г. – Т.1,2

10. Холленд Р. Микропроцессоры и операционные системы. –М.: Энергоатомиздат, 1991. – 192 с.

11. Фридмен М., Ивенс Л. Проектирование систем с микрокомпьютерами. –М.: Мир, 1986. – 405 с.

12. Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику. – М.: Мир, 1984, - 334 с.

13. Мик Дж., Брик Дж. Проектирование микропроцессорных устройств с разрядно-модульной организацией. –М.: Мир, 1984.

14. Комплект БИС К1804 в процессорах и контроллерах. Под ред. Смолова В.Б., -М.: Радио и связь, 1990.

15. Казаринов Ю.М., Номоконов В.Н., Филиппов Ф.В. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в радиотехнических системах. –М.: Высшая школа, 1988. – 207 с.

16. Боборыкин А.В., Липовецкий Г.П. и др. Однокристальные микроЭВМ. –М:. МИКАП, 1994,- 400 с.

17. Гребнев В.В. “Однокристальные МикроЭВМ семейства MCS-96”.- Псков: Псковская коммерческая палата, 1995, - 142 с.

18. Microchip. The Embedded Control Solutions Compani. Электронный диск. 2001.

19. Winter 97/98 short form designers guide. Analog Devices, Inc.,1998.

75