47. Вычислительная система star-100

48. Вычислительная система cray c-90

STAR-100

 

Разработка конвейерной вычислительной системы STAR-100 (STAR – STring ARray computer – векторный компьютер) осуществлялась фирмой CDC с 1965 по 1973 гг. Система была анонсирована в 1970 г., а первая ее поставка была произведена в августе 1973 г. Быстродействие 10⁸оп./с, стоимость – 15 млн. $.

 

 

Система STAR-100 создавалась под непосредственным влиянием языка программирования APL (A Programming Language). Язык APL (или АПЛ) – диалоговый язык программирования, характеризуется развитыми средствами работы с регулярными структурами данных (векторами, матрицами, массивами) и богатым набором базовых операций и компактностью записи.

Вычислительная система STAR-100 состояла из двух подсистем:

• первая осуществляла переработку данных,

• вторая – функции операционной системы.

Ядром первой подсистемы являлся процессор, образуемый из нескольких конвейеров (в типовых конфигурацияx – 3 конвейера).

 

Особенности конвейеров

 

Конвейеры были специализированными: два из них (К₁ и К₂) служили для выполнения векторных операций, выполняли основной объем вычислений, а третий К₃ – для реализации операций над скалярными операндами.

• Конвейеры имели программируемую структуру (были с изменяемой конфигурацией), следовательно, в них можно было (на одном и том же множестве элементарных блоков обработки) выполнять различные арифметические операции. Однако до начала новой операции конвейер следовало перенастраивать (программировать на выполнение очередной операции).

• В конвейерах К₁ и К₂ путем введения служебного булевского вектора была обеспечена избирательная обработка компонентов векторов-операндов. Единица в i-м разряде булевского вектора означала, что операция над i-ми компонентами соответствующей пары векторов производиться не будет.

• В каждом конвейере была заложена возможность реализации операции сложения, а в двух из них К₁ и К₂ – операций умножения и деления. Состав элементарных блоков обработки информации конвейеров был выбран с учетом распределения вероятностей использования микроопераций различных типов.

• Каждый конвейер К₁, К₂ и К₃ мог включать в себя приблизительно 30 блоков обработки информации. Все блоки работали параллельно, но каждый из них оперировал с вполне определенными элементами векторов данных либо со своими скалярными операндами.

• Любой конвейер воспринимал 64-разрядный код либо как один 64-разрядный операнд, либо как два 32-разрядных операнда. Время выполнения операции над парой операндов в любом из блоков конвейеров не превышало 40 нс. Следовательно, данные могли поступать в процессор (точнее, только в конвейеры К₁ и К₂) со скоростью 100 млн. операндов в секунду.

Система STAR-100 имела набор из 230 команд, из которых 65 команд предназначалось для работы с векторами данных и 130 команд – для работы со скалярами.

Средства управления подсистемой переработки данных были представлены композицией из устройства управления командами (УУК), устройства управления потоками (УУП) и устройства управления доступом к памяти (УУДП).

Оперативная память предназначалась для хранения программ и данных. Она была реализована на магнитных сердечниках и имела емкость 512 – 1024 К 64-разрядных слов, т.е. до 8 Мбайт. Память могла включать в себя до 32 модулей и относилась к классу памятей с перемежающимися адресами. Время цикла памяти было равно 1,28 мкс, однако допускались одновременные обращения к составляющим модулям.

Буферная память – следствие того, что быстродействие памяти было существенно ниже быстродействия процессора. Буферная память представляла собой совокупность регистров с временем цикла 40 нс. Назначение канала прямого доступа в память (КПДП) и мультиплексного канала (МК) следует из их названий и структуры связей между устройствами STAR-100.

Операционная система (ОС) STAR-100 относилась к классу распределенных. Ее функции, включая управление внешними запоминающими устройствами и устройствами ввода-вывода информации, реализовывались специальной вычислительной сетью из 9 мини-машин. Система программирования STAR-100 включала компиляторы с языков APL-STAR, COBOL и FORTRAN.

 

CRAY C-90

 

Наряду с фирмой CDC разработкой и производством конвейерных вычислительных систем занималась Cray Research Inc., которая была основана в 1972 г. главным конструктором систем CDC 6600 и 7600 Сеймором P. Креем (Seymour R. Cray, 1925 – 96). Однако конвейерные ВС фирмы Cray Research существенно отличались по архитектуре от систем STAR-100 и CYBER-203 и CYBER-205.

Архитектура первых систем Cray относилась к типу «регистр-регистр»: Cray-1,   Cray X-MP,  Cray Y-MP,   Cray C90,   Cray T90.

В этом ряду только первая модель, т.е. Cray-1, была однопроцессорной, а остальные члены ряда – мультипроцессорные ВС. Процессор в любой из этих систем ориентирован на реализацию векторных операций. Он по сути является мультиконвейером, т.е. представляется программируемой композицией из специализированных конвейеров.

Следует особо отметить, что в процессе разработок мультипроцессорных ВС фирма Cray Research сильно отошла от изначального архитектурного канона. Каждая очередная разработка была заметным эволюционным развитием архитектуры предшествующей системы, и в конце концов фирма Cray Research с диалектической неизбежностью встала на платформу распределенных вычислительных систем. Подтверждением сказанному служит семейство вычислительных систем с массовым параллелизмом или MPP-систем: Cray T3D,   Cray T3E,  Cray T3E-900,   Cray T3E-1200,   Cray T3E-1350

 

Особенности CRAY C90

 

• 16 процессоров, работающих над общей памятью;

• ОП с чередованием адресов, 4 порта доступа (по 2 слова за 1 такт каждый) для каждого процессора

• 3 типа каналов с разной скоростью передачи (Low-speed (LOSP) channels - 6 Mbytes/s, High-speed (HISP) channels - 200 Mbytes/s, Very high-speed (VHISP) channels - 1800 Mbytes/s)

• Секция межпроцессорного взаимодействия (Регистры, Семафоры)

• Вычислительная секция процессора

• Регистры

• A-регистры, B-регистры для адресов

• S-регистры, T-регистры для скаляров

• V-регистры для векторов

• Регистр длины вектора

• Регистр маски вектора

• Функциональные устройства

• Адресные

• Скалярные

• Векторные

• Для работы с плавающей точкой

• Параллельное выполнение программ

• Конвейеризация выполнения команд

• Независимость функциональных устройств

• Векторная обработка

• Зацепление функциональных устройств

• Многопроцессорная обработка

Пиковая производительность CRAY C90 (16процессоров X2оп/такт (зацепление умножения и сложения) Х 2 рез./такт (сдвоенные конвейеры))/4 *10^-9 оп/с (время такта)=16 Гфлопс

 

 

CRAY Y-MP C90

 

CRAY Y-MP - это векторно-конвейерный компьютер, объединяющий в максимальной конфигурации 16 процессоров, работающих над общей памятью. Время такта компьютера CRAY Y-MP C90 равно 4.1 нс, что соответствует тактовой частоте почти 250MHz.