Багатопроцесорні обчислювальні комплекси Ельбрус
При розробці цих систем головну увагу було
приділено трьом проблем:
ефективності використання обладнання;
можливості забезпечення граничної продуктивності;
створення високонадійних структур,
що володіють можливістю поступового нарощування продуктивності з урахуванням
адаптації до вирішуваних завдань.
Ми тут дамо короткі відомості про згадані комплексах,
по яких в якійсь мірі можна судити про структурні рішення, прийняті для
досягнення зазначених цілей.
До складу сімейства багатопроцесорних обчислювальних
комплексів входить система Ельбрус-1 з продуктивністю від 1,5 млн. операцій
в сек до 10 млн. операцій в сек і високопродуктивна система Ельбрус-2 з
сумарним швидкодією більше 100 млн. операцій в сек. Системи Ельбрус-1 і
Ельбрус-2 побудовані на одних і тих же структурних принципах, їх модулі
функціонально ідентичні, а їх процесори мають однакову систему команд і
однакову за функціями єдину операційну систему (ЕОС).
Основними модулями обчислювальної системи Ельбрус
є:
центральні процесори в кількості від 1 до 10;
модулі оперативної пам'яті (від 4 до 32);
модулі процесорів вводу-виводу (ПВВ) (від 1 до 4);
модулі процесорів передачі даних (ППД) (від 1 до 16);
модулі керування барабанами та дисками, що утворюють
систему управління масової пам'яттю.
Оперативна пам'ять для всіх процесорів системи
доступна через комутатор, на який, крім того, покладаються функції
винятку несправних блоків пам'яті і включення в роботу резервних.
Достовірність обчислень гарантується розвинутою системою апаратного контролю,
охоплює контролем як роботу процесорів, так і роботу з обміну
інформацією на всіх рівнях системи.
Система команд центрального процесора базується на
принципі магазинного звернення до пам'яті, на апаратній реалізації стека.
Внутрішній мова машини подібний інверсної польської бесскобочной запису і
являє собою послідовність імен операндів, які розміщені в стек, і
кодів функцій, які виконуються над операндами, розташованими у вершині стека. У
вершині стека можуть перебувати також не самі операнди, а посилання на них або навіть
посилання на процедури, яка обчислює значення необхідного операнда. За принципами
своєї побудови система команд центрального процесора близька до системи
команд таких машин, як KDF-9 і Барроуз, структуру яких прийнято вважати
нетрадиційної.
У той же час система команд і організація даних має
істотні відмінності у напрямку більш розвиненого апарату опису типів
даних, їх захисту, способів розподілу пам'яті. Стекові механізм широко
використовується не тільки для динамічного розподілу пам'яті під локальні
об'єкти програмних блоків і процедур, а також для запам'ятовування керуючої
інформації при переходах на більш глибокі рівні вкладеності процедур і для
запам'ятовування інформації про адресному оточенні завдання при переривань і
перемиканнях з задачі на задачу. У системі команд Ельбрус отримала подальший
розвиток апарат дескрипторів, що відображає такі конструкції мов високого
рівня, як Описувачі процедур, масивів і даних.
Кожен об'єкт даних в пам'яті забезпечений додатковими
керуючими розрядами (тегом), в яких міститься інформація про тип даних і
різні керуючі ознаки, включаючи ознаки захисту з читання та запису.
Широке використання стекові механізму, апарат дескрипторів і описувачів,
можливість вказувати рівень вкладеності - все це дозволяє будувати так звані
"чисті" реентерабельние (повторновходімие) процедури або програми,
в яких явно не присутні посилання на адреси об'єктів в математичній або
фізичної пам'яті.
Це дуже важливо при організації обчислень в
багатопроцесорних системах, так як це дозволяє одне і те ж тіло програми
одночасно використовувати кількома процесорами при роботі з різними
даними. Апарат дескрипторів і непрямих посилань у той же час дозволяє різним
програмами мати контрольований доступ до загальних даних, що корисно при вирішенні
деяких складних завдань.
При розробці системи Ельбрус велику увагу було
приділено проблемам синхронізації при паралельному виконанні гілок однієї задачі
над загальними даними, тобто проблеми синхронізації процесів. Багато функцій синхронізації
винесені на рівень апаратури.
Модуль ПВВ - процесор вводу-виводу - представляє
собою спеціалізовану обчислювальну машину зі своєю локальною пам'яттю і з
можливістю доступу до основної оперативної пам'яті і служить для керування
зв'язком системи з зовнішніми пристроями. До складу ПВВ входять блоки швидких
каналів і блоки стандартних каналів. У свою чергу блок швидких каналів
складається з чотирьох селекторних каналів, які можуть обслуговувати до 64 швидких
абонентів кожен. Селекторні канали розраховані на зв'язок з такими пристроями
як швидкі магнітні барабани і змінні диски. Блок стандартних каналів
містить 16 каналів, які обслуговують до 256 зовнішніх абонентів. Стандартний канал
забезпечує мультиплексному обслуговування порівняно повільних зовнішніх
пристроїв: магнітних стрічок, пристроїв введення-виводу і т.п. Крім того, до складу
ПВВ входить блок сполучення з процесорами передачі даних (до 4 каналів).
Основне призначення ПВВ-звільнити центральну
обчислювальну систему від функцій організації черг обміну, від функцій
реакції на переривання по вводу-висновку, від функцій оптимізації обслуговування
черг запитів на обмін. Один ПВВ забезпечує максимальну швидкість обміну
з ОЗУ до 36 млн. байт/сек, швидкість обміну по швидкому каналу до 4 млн. байт/сек,
і за стандартним каналу і каналу сполучення з ППД-близько 1 млн. байт/сек.
Процесор передачі даних - ППД - являє собою
спеціалізоване обчислювальний пристрій з гнучким програмним керуванням,
продуктивністю близько 700 тис. операцій в сек. Він має свою локальну
пам'ять, в якій розміщуються керуючі програми, що забезпечують
обслуговування до 160 телефонних і телеграфних ліній зв'язку.
До складу ППД можуть входити до 10 групових пристроїв
сполучення, кожна з яких розрахована на обслуговування до 16 телефонних або
телеграфних ліній. Цей пристрій здійснює функції контролю і
програмно-керовану адаптацію до різних систем передачі даних.
Процесори передачі даних можуть бути основою для побудови систем телеобробки
або дистанційного доступу. Повідомлення, яке приймається або передане по
телефонним або телеграфним лініях, піддається багатоступінчатому
ієрархічним обслуговування по ланцюжку: модем, групове пристрій сполучення,
центральний обчислювач ППД, блок сполучення ПВВ, оперативна пам'ять,
центральний процесор системи. Така ієрархія звільняє більш високі поверхи
від рутинної роботи, пов'язаної з детальним аналізом надходять сигналів, їх
ретельному контролю, підвищуючи все більш і більш логічний рівень управління.
Базу математичного забезпечення обчислювальних
комплексів Ельбрус становить операційна система. Структурна організація
центральних процесорів дозволяє незалежно від їх числа мати
операційну систему в одному примірнику. Оскільки диспетчерські функції з
управління введенням висновком передані спеціалізованим процесорам ПВВ та ППД, на
керуючі програми, що виконуються центральними процесорами системи,
покладається робота з управління ресурсами, планування потоку завдань, розподілу
ресурсів процесорів, контролю за живучістю і керування резервуванням.
Важливою функцією центральної операційної системи є функція управління
роботою процесів та їх синхронізація. Крім того, центральна операційна
система виконує звичайні функції виклику систем програмування, розподілу
пам'яті, динамічного виклику процедур і необхідних масивів і керування
файловою системою. До складу системи програмування обчислювального комплексу
Ельбрус повинні увійти мови високого рівня: Алгол-60, фортран, Кобол, ПЛ-1,
Алгол-68, Симула-67, паскаль. Крім того, до складу системи програмування
входить автокодом Ельбрус - процедурно-орієнтований, машинно-залежний мову,
порівнянний за своїми можливостями з мовами високого рівня. У автокодом Ельбрус
передбачені можливості, що дозволяють будувати добре структуровані
програми. Для системних математиків розроблена мова опису мереж-сетран,
що забезпечує автоматизацію програмування алгоритмів керування для
процесора передачі даних при створенні систем телеобробки і написання
програм керування роботою з приймання-передачі в різних системах передачі
даних.
До складу центральної операційної системи як
складова частина входить система управління базою даних, яка забезпечує
мультидоступ до файлів і заснована на мережевій моделі структур даних.
Газета "Московська Правда" від 8.4.78 року
повідомила, що в Радянському Союзі розпочато виробництво універсальних
багатопроцесорних комплексів четвертого покоління Ельбрус-2 загальною
продуктивністю понад 100 млн. операцій у секунду, і що в даний час
ведуться розробки ще більш високопродуктивних універсальних
обчислювальних машин. Це повідомлення, зроблене від імені ТАРС, підтверджує те
велике значення, яке надається в нашій країні розвитку
високопродуктивних обчислювальних машин.
Розвиток в галузі досліджень і розробки такого
роду систем йде по різних напрямках, і це є запорукою успішного
рішення великих і важких завдань, поставлених перед вченими в галузі обчислювальної
техніки, завдань, що виникли в ході технічної революції, викликаних до життя
розвитком сучасного виробництва та важливими завданнями, які стоять перед
суспільством.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://parallel.ru/
