Техника - молодёжи 1987-07, страница 36
ЭТА СТРЕМИТЕЛЬНАЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОСТЬ...Анатолий КАРТАШКИН, кандидат технических наук ЗАКАЗ НА ПЕРВУЮ ПРОИЗВОДНУЮ Представить миллион операций... В час или минуту — неважно. Не назвать, не обозначить привычным слуху профессионала термином—только представить!.. Думаю, такое нам не под силу. Но уже десятками миллионов в секунду — этими величинами оперируют сегодня специалисты. По данным профессора Л. Т. Кузина, для решения задач в нынешних отраслевых АСУ нужны ЭВМ с производительностью 107 опер/с. Системы управления воздушным движением требуют 4Х Ю8 опер/с. А чтобы управлять и планировать в масштабах страны, необходимы ЭВМ с производительностью 109 опер/с, как показал еще академик В. M. Глушков. И это объективный заказ компьютерной технике. Заказ на первую производную — на скорость вычислений. Если в 1944 году релейная вычислительная машина «Марк-1» затрачивала на сложение двух 32-разрядных чисел примерно 300 мс, то в 1954 году эта цифра для ламповой ЭВМ «Уни-вак-1» составила величину порядка 300 мкс, а спустя еще 10 лет на ЭВМ «Си-Ди-Си 6600» достигла уже 300 не. Однако предположим, что гипотетическая ЭВМ будущего станет суммировать те же 32-разрядные числа за непредставимо малые 300 пс. За это время электрический сигнал, мчащийся со скоростью света, переместится внутри схемы на 9 см. А общая длина соединительных шин в несколько раз больше; в современных микросхемах, где полупроводниковые вентили отделены друг от друга микронными расстояниями,— около полуметра. Кажущийся на первый взгляд очевидным и прямым путь ставит вопрос: а не обернется выигрыш в супербыстродействии проигрышем в лабиринте неизбежных соединительных магистралей?.. Есть такой творческий прием: взглянуть на задачу со стороны. Можно — как бы с высоты орлиного полета. А можно, так сказать, с земли, с позиции исходных предпосылок. Вспомним известную притчу о слепцах, которые пожелали узнать, как выглядит слон. «Он напоминает столб!» — произнес первый, обхватив его ногу. «Нет, веревку!» — возразил второй, держась за хвост. «Пожалуй, это удав!» — ре- В предыдущих номерах журнала («ТМ» № 5—6) вы рассказывали о создании современной вычислительной техники молодежными коллективами Москвы и Новосибирска. Хотелось бы подробнее прочитать об истории, теории и проблемах конструирования компьютеров-миллиардеров в нашей стране и за рубежом. Евгений УСПЕНСКИЙ, инженер г. Орел шил третий, ощупывая извивающийся хобот. «Скорее кожаный котел, висящий в воздухе!» — уточнил четвертый, стоя у брюха слона. Берясь за задачу, не решай одну ее часть отдельно от других — такой назидательный вывод можно извлечь из притчи. Однако в решении проблем повышения производительности ЭВМ все обстоит наоборот. ФОН НЕЙМАН ПРОТИВ ФОН НЕЙМАНА В 1954 году двум ЭВМ—СЕАК и ДИСЕАК — поручили решение одной и той же задачи по вычислению самолетных траекторий. По ходу дела промежуточные результаты сравнивались. Тогда этот способ не привлек особого внимания специалистов. Зато когда в 1958 году запустили в работу многомашинный комплекс ПИЛОТ, а это уже три независимых ЭВМ,— реакция в научных кругах была совсем иной. Р. фа-но, один из основоположников теории информации, с удивлением констатировал: «Связь машины с машиной — новость для традиционных видов связи». Раз ЭВМ способны работать параллельно, следовало пересмотреть прежние принципы их действия. Теория параллельных процессов была заложена в 1962 году в Институте математики Сибирского отделения АН СССР группой ученых под руководством доктора технических наук, лауреата Ленинской премии, профессора Э. В. Евреинова. Они отказались от предложенной в 1946 году Джоном фон Нейманом архитектуры ЭВМ. Этот термин означает, что обрабатывающая данные машина содержит устройство ввода-вывода, память и процессор — узел, объединяющий арифметическо-логическое устройство и устройство управления. Им пришла мысль: стоит ли конструировать вычислительный комплекс из полных ЭВМ — каждая со своей триадой компонентов? А если ограничиться лишь их обрабатывающими узлами? В результате получится не многомашинный, а многопроцессорный вычислительный комплекс! Решающее слово было сказано в 1962 году, при запуске первой модульной ЭВМ «Д 825». Располагая 4 процессорами, 16 модулями памяти и 10 устройствами управления вводом-выводом, она успешно обслуживала 64 внешних устройства. Многопроцессорные системы оказались не только дешевле многомашинных — они вычисляли стремительнее их. «Сблизившиеся» процессоры действовали гораздо оперативнее и как бы помогали друг другу. Стоило одному выйти из строя, как его функции брал на себя другой, так что итоговая производительность системы почти не менялась. Многопроцессорные системы получили право на жизнь. Что до их архитектуры, то ее назвали по-простому—не фоннейма-новская. Исследователя, решившего заняться историей вычислительной техники, поджидают немалые сюрпризы. В частности, одним из авторов не фон-неймановской архитектуры оказался... сам Джон фон Нейман. В его записках, датированных 1952 годом, содержится подробное описание плоскостной вычислительной сети, сотканной из достаточно сложных модулей,— каждый, контактируя с 4 ближайшими соседями, мог находиться в одном из 29 логических состояний. РАЗНОЛИКАЯ МНОГОПРОЦЕССОРНОСТЬ В кинофильме «Москва слезам не верит» главная героиня, директор крупного предприятия, мимоходом замечает: «Главное — научиться руководить тремя подчиненными, а дальше количество уже не имеет значения...» Именно три процессора контрастнее всего являют вычислительные нюансы. Если к одному процессору добавить второй, как возрастет общая производительность? Вдвое? Оказывается, нет — в 1,7 раза. А вдвое — это уж когда подключится третий процессор. Отчего же не втрое? Из-за потерь: процессоры могут обмениваться промежуточными результатами вычислений — на это затрачивается время, они могут одновременно атаковать некий модуль памяти — часть машинного времени уйдет на «улаживание» конфликта... 34 |
