Главная » Все файлы » Просмотр файлов из архивов » Документы » Статья - Техническая база ЭВМ

Статья - Техническая база ЭВМ

2018-01-12СтудИзба

Описание файла

Документ из архива "Статья - Техническая база ЭВМ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "организация эвм" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "организация эвм, микропроцессорные средства и схемотехника" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "Статья - Техническая база ЭВМ"

Текст из документа "Статья - Техническая база ЭВМ"

II. ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ЭВМ

УДК 681.3.06 А. А. НОВИКОВ

СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ СУПЕРЭВМ

Функциональные и технико-экономические характеристики ЭВМ, а также архитектурные принципы построения существенно зави­сят от применяемой технической базы. В данной статье рассмат­ривается техническая база универсальных вычислительных комп­лексов (ВК), имеющих на каждом этапе развития науки и техни­ки предельные характеристики производительности, емкости опе­ративной и внешней памяти, пропускной способности ввода-выво­да информации и др. Такие высокопроизводительные вычисли­тельные комплексы, называемые суперЭВМ, обеспечивают прин­ципиально новые возможности в исследовании фундаментальных проблем, проектировании и моделировании сложных объектов, уп­равлении системами, а также в автоматизированном проектиро­вании новых поколений ЭВМ.

Из-за важности применений, меньших ограничений по стои­мости и объему производства, условиям эксплуатации в супер­ЭВМ используются наиболее передовые технические решения, ко­торые лишь через несколько лет становятся достоянием других классов ЭВМ.

В центральных устройствах суперЭВМ используются обычно самые быстродействующие элементы и конструктивно-технологи­ческие решения, обеспечивающие наименьшие задержки сигналов в связях внутри устройств и между многочисленными устройства­ми ВК, а также используется в десятки раз большее, чем в дру­гих ЭВМ, количество элементов (и связей), необходимое для вы­полнения конвейерной и параллельной обработки информации по оптимальным алгоритмам. Увеличение количества элементов, сок­ращение длин связ-ей приводят к необходимости иметь предельно высокую плотность компоновки элементов и связей в устройст­вах, которая для быстродействующих схем с повышенной рассеи­ваемой мощностью значительно усложняет проблемы обеспечения помехозащищенности, надежности, электропитания и охлаждения.

СуперЭВМ разрабатывают как фирмы, специализирующиеся на ЭВМ только такого класса (Cray, ETA), так и фирмы, кото­рые выпускают ЭВМ различных классов. В последнем случае суперЭВМ создается или в виде самостоятельного вычислительного

комплекса, или на основе универсальной ЭВМ, в состав которой включаются сверхвысокопроизводительные процессоры векторно-конвейерной обработки информации. При этом, как правило, са­мые совершенные большие универсальные ЭВМ и суперЭВМ (или конвейерные процессоры) имеют одинаковую или сходную тех­ническую базу.

В последующих разделах дается общая характеристика, ана­лизируются и обосновываются тенденции развития технической базы современных суперЭВМ и наиболее быстродействующих больших универсальных ЭВМ, рассматриваются основные ее со­ставляющие, обсуждаются направления и перспективы внедрения в суперЭВМ новых физико-технологических принципов.

Общая характеристика современной технической базы

Данные, характеризующие техническую базу современных за­рубежных суперЭВМ и наиболее быстродействующих ЭВМ обще­го назначения, приведены в табл. 1. Они свидетельствуют о боль­шом разнообразии принципов реализации таких ЭВМ, которые можно разделить на три направления:

использование ячеек (панелей) на основе корпусированных БИС и многослойных печатных плат (фирмы Fujitsu и Amdahl, Hitachi и NAS, CDC и ЕТА);

использование модулей-микросборок на основе бескорпусных БИС и специальных коммутационных плат — многослойных кера­мических, тонкопленочных и др. (фирмы IBM, NEC и Honeywell);

использование объемных модулей на основе корпусированных логических СИС и БИС ЗУ, многослойных печатных плат и внут­ренних соединений в пакете МПП (фирма Cray).

Одновременное существование и параллельное развитие пере­численных направлений, каждое из которых поддерживается крупными, авторитетными в области вычислительной техники фир­мами, свидетельствуют о наличии как достоинств, так и недостат­ков этих направлений, а также об интенсивных поисках опти­мальных для наиболее высокопроизводительных ЭВМ технических решений.

Следует отметить, что весьма существенные различия техни­ческих решений не связаны с отличиями архитектурных принци­пов. Все ЭВМ, приведенные в табл. 1, являются универсальными многопроцессорными вычислительными комплексами, в которых Для векторных вычислений используются конвейерные устройства обработки информации.

Рассмотрим специфические особенности каждого из указанных направлений развития технической базы.

Наиболее высокого технического уровня в первом направле­нии достигли японская фирма Fujitsu и американская фирма ЕТА.

Таблица I

N

Фирма, страна

Серия ЭВМ

Год поставки первого об­разца ЭВМ

Логические микросхемы

Типовые элементы замены (ТЭЗ)

Компоновка ТЭЗ

Способ охлаждения компонентов

тип, интеграция (колич. экв. вент.), конструкция

вид, интеграция (колич. микросхем), тип и раз­мер платы

вид, способ реализации связей между ТЭЗ, раз­мер плат

1.

Cray, США

Сгау-2

1985

ЭСЛ СИС, 16, в корпусах с 16 плоскими выводами по двум сторонам с шагом 1,25 мм

Объемный модуль, 768, пакет из 8 пятислойных МПП, 200X100X25

Кассетная, по 24 модуля в колонке, проводной монтаж

Непосредственное погружение в диэлектрическую жидкость, протекающую со скоростью 2,5 см/с

2.

IBM, США

3090 (с век-торными процессора-ми)

1985

ЭСЛ БИС, 612, бес-Корпусные с матрицей из 120 столбиковых выводов на кристалле

Модуль-микросборка,133, 33-слойная керамическая плата, 90X90X5,5

Панель из 9 модулей с разъемными соединителями, 20-слойная МПП, 710X610X4,6

Кондуктивно-водяноес холодной стенкой у одной поверхности ТЭЗ

3.

Fujitsu, Япония Amdahl, США

М-780 - - 590

1987

ЭСЛ БИС, 3000, в корпусах со 180 плоскими выводами по четырем сторонам с шагом 0,4 мм

Панель, 336, 42-слойная МПП, 540X488X7,5

В шкафу 8 панелей (включая 4 панели памяти на ячейках с воздушным охлаждением), кабельные жгуты)

Кондуктивно-водяное с холодными стенка-ми у двух поверхнос-тей ТЭЗ

4.

NEC, Япония

SX-2

1984

КМЛ БИС, 1000, в микрокорпусах с матрицей из 169 столбиковых выводов

Модуль-микросборка, 36, 5-слойная металл-полиимидная структура на керамической подложке с 5 слоями питания, 100X100X2,8

Панель из 12 модулей с разъемными НУС-соединителями, 16-слойная МПП, 545X460X4,9

Кондуктивно-водяное с холодной стенкой у одной поверхности ТЭЗ

5.

ETA, США

ЕТА-10

1987

КМОП СБИС, 20000, в корпусах с 284 плоскими выводами по четырем сторонам

Панель, 240, 44-слойная МПП, 560X410X6,5

В шкафу пакет панелей, кабельные жгуты

Криогенное кондуктивно-жпдкостное с использованием жидкого азота

6.

Hitachi, Япония NAS, США

М-680 - AS/XL

1985

ЭСЛ БИС, 2000, в корпусах со 160 плоскими выводами по четырем сторонам с шагом 0,51 мм

Ячейка, 72, 20-слойная МПП, 420X280X4

Кассетная, по 21 ячейке в блоке, 22-слойная МПП, 570X420X4,5

Воздушное принудительное высокоскоростное (8 м/с)


В них используются самые совершенные по состоянию производства на начало 1987 г. компоненты и технология. В ЭВМ се­рии М-780 (Имеются сообщения, что в ближайшее время на этой же технической ба­зе будут выпущены сверхбыстродействующие конвейерные процессоры) фирмы Fujitsu [1] применяются:

наиболее быстродействующие логические матричные БИС ЭСЛ-типа (задержка тэ = 0,18 нс/вент. при интеграции N = 3000 вентилей), ЭСЛ БИС сверхбыстродействующей памяти с встроен­ной логикой (время выборки тв = 3,2 нс при N=16 К.бит+1200 вентилей), КМОП СБИС оперативной памяти (статического типа с тв = 55 нс и N = 256 Кбит);

наиболее компактные корпуса БИС (180 плоских выводов, рас­положенных с шагом 0,4 мм по четырем сторонам квадратного керамического носителя размером 22 мм) и резисторных наборов, автоматизированная технология монтажа таких корпусов на пе­чатные платы;

уникальные полосковые крупноформатные (540X488 мм) мно­гослойные печатные платы (МПП) со сквозными и внутренними межслойными переходами (42 слоя, из них 9 пар слоев сигналь­ных линий шириной 0,06 мм). :

Шкаф ЭВМ М-780 имеет размеры 1900X850X1750 мм, в нижней части его располагаются источники питания, а в верхней — восемь устройств четырех ти­пов: два центральных процессора (ЦП), устройство управления памятью (УП), процессор управления каналами ввода-вывода информации (К.П), четыре моду­ля памяти по 128 Мбайт. Каждое устройство выполнено в виде панели на одной крупноформатной МПП.

В панели логического устройства (ЦП, УП, КП) корпуса БИС и резисторных наборов устанавливаются на двух поверхностях МПП и своими выводами припаиваются непосредственно к плате. Всего можно установить до 336 корпу­сов БИС (14 рядов по 12 корпусов на каждой из двух поверхностей). Панель, которая может рассеивать до 3 кВт, зажимается между двумя «холодными стенками», по которым протекает вода. Тепло от корпусов передается к воде кондуктивным способом с использованием матрицы сильфонов. В панели па­мяти на двух поверхностях МПП располагаются малогабаритные ячейки нако­пителя (128 шт.) и БИС схем управления (160 шт.). Ячейки устанавливаются перпендикулярно МПП и подсоединяются к плате через разъемные соедини­тели. БИС схем управления монтируются непосредственно на поверхность МПП так же, как в логических панелях. Охлаждение микросхем панели памяти, ко­торая рассеивает 1,8 кВт,— воздушное принудительное (скорость воздуха 5,5—8 м/с).

Передача информации между панелями производится с использованием ка­белей. На двух боковых сторонах МПП установлено по семь соединителей, каж­дый из которых имеет по 50 сигнальных и 50 земляных контактов, расположенных в четыре ряда с шагом 0,8 мм.

В суперЭВМ ЕТА-10 фирмы ЕТА применяется ряд принципи­ально новых для ЭВМ технических решений [2]: впервые в каче­стве основных логических компонентов сверхбыстродействующих устройств используются схемы КМОП - типа, логические матрич-

ные БИС имеют наибольшую степень интеграции среди БИС, при­меняемых в центральных процессорах известных ЭВМ, — 20 тыс. вентилей, корпуса БИС охлаждаются жидким азотом до крио­генной температуры, при которой минимальные задержки эле­ментов составляют 0,4 нс/вент. (вдвое меньше, чем при комнат­ной температуре).

В ЕТА-10 так же, как и в ЭВМ М-780, используются уникальные крупно­форматные МПП, имеющие 44 слоя проводников при размерах 560X410X6,5 мм. компактные корпуса БИС с 284 плоскими выводами, расположенными по че­тырем сторонам керамического носителя.

Панель на основе МПП содержит до 240 корпусов БИС, выводы которых на автоматизированной установке присоединяются к поверхности платы. Цент­ральный процессор размещается на одной такой панели и рассеивает 750 Вт.

В настоящее время трудно оценить преимущества оригинальных решений, 1 принятых фирмой ЕТА, над решениями фирмы Fujitsu, поскольку фирма ETA | еще не преодолела ряд технических трудностей, которые существенно задер­жали объявленные ранее сроки освоения производства и поставок маши» ЕТА-10 с максимальной производительностью 10 млрд. опер./с.

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5075
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее