Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Такой механизм позволяет выделить строкуили столбец процессорных элементов, что очень полезно при операцияхнад матрицами. Взаимодействуют процессорные элементы спериферийным оборудованием через внешний процессор.Дальнейшим развитием матричных процессоров стала системаILLIАS-4, разработанная фирмой BARRОYS. Первоначально системадолжна была включать в себя 256 процессорных элементов, разбитых нагруппы, каждый из которых должен управляться специальнымпроцессором. Однако по различным причинам была создана система,содержащая одну группу процессорных элементов и управляющийпроцессор.
Если в начале предполагалось достичь быстродействия = 1млрд. операций в секунду, то реальная система работала сбыстродействием = 200 млн. операций в секунду. Эта система в течениеряда лет считалась одной из самых высокопроизводительных в мире.Матричная система ПС-2000 (СССР). В начале 80-х годов вСССР была создана система: ПС-2000, которая также являетсяматричной. Основой этой системы является мультипроцессор - ПС-2000,состоящий из решающего поля и устройства управлениямультипроцессором. Решающее поле строится из одного, двух, четырехили восьми устройств обработки, в каждом из которых - 8 процессорныхэлементов.
Мультипроцессор из 64 процессорных элементовобеспечивает быстродействие = 200 млн. операций в секунду накоротких операциях.167В 1972-1975 гг. в Москве, в Институте проблем управления АНСССР (ИПУ РАН) была предложена структура и архитектура ПС-2000 мультипроцессора с одним потоком команд и многими потокамиданных. Ее авторам удалось найти оригинальное структурное решение,которое соединило относительную простоту управления одним потокомкоманд с высокой гибкостью программирования высокопараллельнойобработки информации. Найденные в ИПУ РАН структурные решениявпервые сориентировали конструкторов на проектирование для такихзадач недорогих высокопараллельных компьютеров с высокойпроизводительностьюврасчетенаединицустоимости.Предварительныеисследованияирасчетыподтвердились.Производительность серийных комплексов ПС-2000 достигла 200 млн.операций в секунду.В 1980 г.
Госкомиссия приняла опытные образцы исанкционировала серийное производство ЭГВК. Сразу восемьэкземпляров ЭГВК ПС-2000, демонстрировавшихся перед комиссией нагеофизических задачах (пакет программ в составе СОС-ПС (НПО"Геофизика", Москва), давали суммарную производительность околомиллиарда операций в секунду. Столь высокая производительностьпроблемно-ориентированных ЭГВК ПС-2000 достигалась на хорошораспараллеливаемых задачах, которые характерны для многихпрактических применений.
При решении таких задач на ЭГВК ПС-2000достигалсярекордный"гражданский"показатель"производительность/стоимость" .С 1981 по 1988 гг. Северодонецким приборостроительным заводомМинистерства приборостроения и средств автоматизации СССР (М. С.Шкабардня)быловыпущенооколо180ЭГВКПС-2000,мультипроцессоров ПС-2000 - 242 шт. Высокопроизводительные инедорогие вычислительные комплексы ПС-2000 работали в различныхобластях народного хозяйства во всех регионах страны и наспециальных объектах.Отечественное компьютеростроение впервые в мире большимтиражом выпустило высокопроизводительную многопроцессонруювычислительую систему.168В состав ЭГВК ПС-2000 входит собственно мультипроцессор,мониторная подсистема (МПС) и от одной до четырех подсистемвнешней памяти (СВП). Мультипроцессор включает в себя 1, 2, 4 или 8устройств обработки (УО), каждое из которых содержит 8 процессорныхэлементов (ПЭ), обрабатывающих множество потоков данных попрограммам, находящимся в общем устройстве управления (ОУУ).Рис.
15. Структура ЭГВК ПС-2000Мониторная подсистема на базе малой ЭВМ СМ-2М взяла на себяфункции операционной системы, а также трансляцию, редактированиетекстов, счет по вспомогательным программам, управление СВП исредствами отображения. При работе с физическими объектами вреальном времени возможно подключение потоков информации кмультипроцессору как через СВП, так и через специальныевысокоскоростные каналы.МультипроцессорПС-2000ориентированнавысокопроизводительную обработку больших массивов информации похорошо распараллеливаемым регулярным алгоритмам. Он обеспечиваетоднозадачный режим работы с одним потоком команд и многимипотокамиданных(SIMD-архитектура).ОсобенностьюSIMDархитектуры ПС-2000 является наличие значительных объемоврегистровой памяти, в которой и протекают массовые вычисления имежпроцессорные обмены, а также выполняется адресацияраспределенной оперативной памяти.МультипроцессорПС-2000(рис.16)состоитизструктурированной совокупности однотипных ПЭ и общего устройствауправления.
Конструктивно восемь ПЭ объединяются в УО. Каждый ПЭсодержит арифметико-логическое устройство с набором регистровобщего назначения S, память M, устройство локальной адреснойарифметики L, устройство активации ПЭ - T, фрагменты регулярного Ви магистрального каналов. ОУУ содержит арифметико-логическое169устройство с набором регистров общего назначения W, память данныхН, адресную арифметику HL, память микрокоманд G.Рис. 16. Структура мультипроцессора ПС-2000Устройство S за 0,32 мкс выполняет операции с фиксированнойзапятой над 24-разрядными регистровыми операндами, в нем такжеимеется аппаратная поддержка, обеспечивающая выполнение операцийс плавающей запятой (сложение/вычитание за 0,96 мкс, умножение за1,6 мкс). Объем памяти М и Н - 16 384 24-разрядных слова каждая,операции считывания или записи выполняются за 0,96 мкс.
Объемпамяти G - 16 384 64-разрядных слова. Время выдачи микрокоманды 0,32 мкс, время выполнения команды ветвления от 1,28 до 1,92 мкс.Все это позволяет мультипроцессору ПС-2000 с 64 ПЭ работать сэффективной производительностью 200 млн. операций в секунду привыполнении расчетов с фиксированной запятой и 50 млн. операций всекунду при выполнении одновременно нескольких вычислительныхзадач, содержащих операции с плавающей запятой.
Таким образом, 64процессорный ПС-2000, имея тактовую частоту 3 МГц, для пользователяработает с частотой 200 МГц.Таков эффект высокопараллельной хорошо сбалансированнойархитектуры. На современной элементной базе архитектура ПС-2000при тактовой частоте 200 МГц могла бы обеспечить производительность20 млрд. операций в секунду при многократном снижении габаритов иэнергопотребления.Модульноеконструктивноепостроение,неприхотливаяэлементная база, не требующая специальных условий охлаждения, исистема программирования с гибкой системой настроек, позволяющаяписать программы, не зависящие от числа ПЭ в ЭГВК ПС-2000,обеспечиливысокуюживучестьиремонтопригодностьмультипроцессора ПС-2000, что позволило в условиях экспедицийобеспечить работу ЭГВК ПС-2000 более 20 ч в сутки.170Областью широкого использования ЭГВК ПС-2000 сталагеофизика, которая объективно нуждалась в компьютерах такого класса.Быстрорастущие стеллажи из внушительных катушек магнитных лент(размером с большую тарелку каждая) с записями данныхсейсморазведки, годами безмолвно хранивших нефтяные и газовыесекреты, предопределили успех ПС-2000.
Уже в 70-е годы сейсмическаяразведка настолько успешно "просвечивала" и записывала на лентыкилометровые глубины недр Родины, что, буквально, с головойзасыпала катушками вычислительные центры. В год удавалосьрасшифровывать лишь несколько процентов того, что поступало за одинсезон разведки.Для обработки данных сейсмической разведки месторожденийнефти и газа во ВНИИ геофизики (Москва) при участии ИПУ РАН быласоздана система промышленной обработки геофизической информацииСОС-ПС (В. М.
Крейсберг). В отрасли успешно эксплуатировалосьоколо 90 экспедиционных геофизических вычислительных комплексовЭГВК ПС-2000, обеспечивающих углубленную обработку значительнойчасти данных сейсморазведки нефти и газа.На базе нескольких комплексов ПС-2000 были созданывысокопроизводительные (до 1 млрд. операций в секунду) системыобработки гидроакустической и телеметрической информации вреальном масштабе времени. Каждая система содержит три - четыреЭГВК ПС-2000, соединенных в единый конвейер, а для быстрого ввода ивывода гидроакустической, спутниковой информации для таких системсоздавались специализированные высокоскоростные каналы.Телеметрический вычислительный комплекс центра управлениякосмическими полетами (ЦУП) использовал с 1986 г. вплоть до 1997 г.года систему предварительной обработки телеметрической информациина базе ЭГВК ПС-2000, связанную в единый комплекс с центральнойсистемой обработки на базе многопроцессорного вычислительногокомплекса "Эльбрус-2".
Высокий параллелизм обработки информации вПС-2000 позволил реализовать новые алгоритмы обработкителеметрической информации. Первые комплексы ПС-2000 поступили вЦУП в 1982 г., последние - в 1988 г. Всего было задействовано восемь32-процессорных комплексов. К одной центральной системе "Эльбрус2" подключена пара 32-процессорных ЭГВК ПС-2000 для обработкивосьми полных потоков телеметрии.
С целью дублирования параллельноработали два телеметрических комплекса, а на динамических участкахполета космических объектов - три.Клеточные и ДНК процессорыВ настоящее время в поисках реальной альтернативыполупроводниковым технологиям создания новых вычислительныхсистем ученые обращают все большее внимание на биотехнологии, или171биокомпьютинг, который представляет собой гибрид информационных,молекулярных технологий, также биохимии.
Биокомпьютинг позволяетрешать сложные вычислительные задачи, пользуясь методами,принятыми в биохимии и молекулярной биологии, организуявычисления при помощи живых тканей, клеток, вирусов и биомолекул.Наибольшее распространение получил подход, где в качестве основногоэлемента(процессора)используютсямолекулыдезоксирибонуклеиновой кислоты. Центральное место в этом подходезанимает так называемый ДНК - процессор. Кроме ДНК в качествебиопроцессора могут быть использованы также белковые молекулы ибиологические мембраны.ДНК-процессорыТак же, как и любой другой процессор, ДНК процессорхарактеризуется структурой и набором команд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
