Вопрос 20. Матричные компьютеры.

Типичным представителем матричных компьютеров является ЭВМ ИЛЛИАК-1.

Система “Соломон” имела 1024 элементарных процессора, которые выполняли одну и ту же команду одновременно, но с различными операндами. Каждый процессор имел собственную память для oперандов. Процессоры работали синхронно.

ИЛЛИАК-4 - разработка Иллинойского университета (США, совместно с фирмой Burroughs. ЭВМ специализированная.

Цель первоначального проекта - создание матричной системы с производительностью порядка 1 млрд оп/с. Он должен был содержать одно управляющее звено, в качестве которого использовалась В-6500 с быстродействием около 500-600 тыс. оп/с.

Достижение такого быстродействия потребовало создания параллельной архитектуры и высокого быстродействия электронных компонент. Первоначальный проект содержал четыре независимых блока по 64 обрабатывающих элемента каждый. Это типичный представитель SlMD-машин. Спроектированный арифметический процессор был рассчитан на обработку 64-битных слов с плавающей точкой. Однако технические трудности не позволили воплотить в жизнь предложенный проект. Пришлось остановиться на одноблочном варианте.

Реализованный вариант содержал 64 процессора и ЭВМ 7500 с общей производительностью до 200 млн оп/с. Он рассчитан на решение задач, хорошо поддающихся распараллеливанию: от проблем линейного программирования до задач метеорологии. Простейшие из них: решение систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), обращение матриц, умножение матриц и т. д. Оценки авторов проекта ИЛЛИАК-4 показывают, что для задач, поддающихся распараллеливанию, время решения уменьшается примерно в 220 раз по сравнению со временем их выполнения на однопроцессорных ВС с последовательным выполнением команд.

В ИЛЛИАК-4 отказались от строгой синхронизации работы элементарных процессоров, допуская произвольное выполнение (по времени) общей команды. Каждый процессор здесь превращен, по сути, в целую ЭВМ, допускающую модификацию выполнения команд в зависимости от операнда, тем самым приблизив процессоры почти к независимой работе. Оперативная память в 2048 слов длиной 64 бита. Цикл ЗУ примерно 350 нс. Хотя каждый процессор получает для обработки одну и ту же последовательность команд, характер работы каждого зависит от типа локальных данных.

В ИЛЛИАК-4 заложена возможность выполнения в разных процессорах различных программ, правда, за счет уменьшения скорости обработки. Реализуется это следующим образом: в 64-разрядный регистр маски в центральном УУ (каждый разряд соотнесен определенному процессору) заносится значение, блокирующее (или разрешающее) работу соответствующего процессора, что позволяет блокировать определенную группу процессоров. Это в принципе и дает возможность выполнять разные последовательности команд на различных процессорах.

При разработке ИЛЛИАК-4 был решен ряд важнейших проблем. В частности, проблема информационного обмена между отдельными индивидуальными ЗУ каждого процессора. Она была решена посредством обеспечения возможности обращаться к ЗУ соседних процессоров.

Вторая проблема - организация работы всех процессоров в целом, т. е. задача координации функционирования системы. Функции координатора программ, их трансляции и распараллеливания возложены на универсальную ЭВМ В-7500, которая имеет богатые возможности по связи с внешними устройствами.

Третья проблема - обеспечение живучести и надежности. ИЛЛИАК-4 включает до 7 млн электронных компонент. С этой целью разработана система контроля работы устройств и передачи данных между узлами и блоками ЗУ. Имеется мощная система технической диагностики.