Техника - молодёжи 1987-07, страница 37

Но есть сложности иной природы — связанные с особенностями задач. Недавно в Денвере, на очередном шахматном чемпионате среди ЭВМ, победил мини-компьютер ХАЙТЕК. Стоимостью «каких-то» 15 тыс. долларов, он в финальной партии заставил сдаться суперкомпьютер КРЭЙ ВЛИП, обошедшийся в 1000 раз дороже. Разгадка проста — создатели ХАЙТЕКа узко специализировали его.

Эффективность ЭВМ тем выше, чем лучше поставленная цель вписывается в ее архитектуру. В частности, когда многопроцессорная система приступает к решению задач, хорошо распараллеливаемых, расслаиваемых на самостоятельные фрагменты, ее производительность всегда достигает максимума.

Помните слепцов? Они ведь параллельно решали, как бы разложив задачу на подзадачи. Каждый в меру своего воображения справился с фрагментом. Правда, общей картины не сложили.

Огромное число процессоров — 288 — имеет система ПЕПЕ, завершенная в 1971 году. Любой функционирует независимо, самостоятельно способен сопровождать одну из воздушных целей. Задача, не только великолепно расслаиваемая на параллельные вычислительные ветви, но идеально «вкладывающаяся» в архитектуру ПЕПЕ, отчего система получает возможность развить производительность до 40 млн. опер/с. Кстати, заметим вот что. Если сопровождать нужно ряд воздушных объектов, то в ПЕПЕ будет поступать много потоков данных. Обозначим их МД. Естественно, для однопроцессорной ЭВМ будет ОД — один поток данных. Эти сокращения нам потом пригодятся.

Но задание для ПЕПЕ взято, так сказать, из сугубой реальности. А как быть с объектами абстрактными, математическими — матрицами, системами дифференциальных уравнений? И для них действителен принцип распараллеливания.

Например, расположение процессоров в уникальном ИЛЛИАКе-4 впрямую копирует квадратную матрицу— объекты линейной алгебры

-/</-/ ЦО ОЮ

А©

ООО 1-1-1 ООО /OMJ

(векторы, матрицы) обладают, пожалуй, наилучшей распараллеливаемо-стью. Иная архитектура вряд ли позволила бы ИЛЛИАКу-4 свершать вычислительные чудеса — скажем, отыскивать сложнейшую матрицу 700Х 700, обратную к данной, всего за секунду. К тому же 75% всех расчетных математических задач вообще сводятся к решению систем линейных уравнений.

ИЛЛИАК-4, задуманный как «четы-рехквадрантная» матрица 16X16 из 256 процессоров, из-за высокой стоимости был ограничен строительством в 1974 году лишь одного «квадранта»— матрицы 8X8 из 64 процессоров, обменивающихся 64-разрядными словами под «руководством» универсального компьютера Б 6700. Последний посылает одну и ту же команду на все 64 процессора разом, а те тотчас же выполняют ее, причем каждый — над своим, индивидуальным потоком данных. От этого процессоры ИЛЛИАКа-4 нередко именуют процессорными элементами, подчеркивая их аппарат-турную и функциональную несложность; разумеется, сравнительную несложность, которая затем оборачивается высокой производительностью — 310 млн. опер/с.

Если ПЕПЕ относят к системе-ансамблю независимых процессоров, а ИЛЛИАК-4 — к классу матричных систем с сильно связанными процессорами, то промежуточное место занимает ПС-2000, система со слабосвязанными процессорами, разработанная под руководством академика АН Грузинской ССР И. В. Прангишвили. Ее производительность — 200 млн. коротких опер/с. Она, как и ИЛЛИАК-4, принадлежит к вычислителям со многими потоками данных (МД) и одним потоком команд (ОК), однако отличается от него не только значительно меньшей стоимостью, но и процессорами.

Данные-операнды, хранящиеся в ассоциативной памяти (АП), выбираются не по адресу ячейки, а по ее содержимому. Предположим, что мы хотим вызвать из памяти те числа, четвертый, пятый и шестой разряды которых те же, что и у числа в регистре данных (РД), то есть содержат комбинацию 110. Единицы в регистре маски (РМ) показывают, какие разряды в ячейках АП следует просматривать. В результате считываются операнды № 2 и №6 (это отмечается единицами в регистре результатов совпадений — РРС). Дальнейший отбор регулируется регистром условия выборки (РУВ), задающим единицами разрешенную область. Поэтому в регистре результатов поиска (РРП) единица записывается лишь в разрешенную область.

-/ О

о о

jVT

руь

о -1 о о о о

PPJT

ВЕХИ НТП

способными выполнять более широкий круг операций.

В июле 1945 года журнал «Атлантик монтли» поместил статью доктора Ван-невара Буша, в которой рассказывалось о придуманной им вычислительной системе МЕМЕКС. Размышляя о том, каким образом человеческий мозг ухитряется извлечь нужную информацию из памяти, переполненной разнообразными сведениями, он пришел к идее ассоциативного процессора. Отыскивать необходимые данные следует не по координатам их местонахождения, а по отличительным чертам самих данных — такова была его основная мысль. Приведу пример. Пусть правилом поиска будет совпадение букв на двух первых позициях. Тогда входное слово «сон» извлечет из ассоциативной памяти «сок» и «сор», «сом» и «соя» и даже, возможно, «сос». Замечу, что если термин «ассоциация» переводится с латинского как «объединение», то компьютерную ассоциацию логичнее истолковывать все-таки как «совпадение».

Система МЕМЕКС так никогда и не была реализована. Зато ассоциативный процессор СТАРАН, созданный в 1972 году, имеет внушительные показатели — 32 матрицы размерностью 256 слов по 256 разрядов каждое. Ныне он обрабатывает изображения земной поверхности, каждые 15 минут поступающие со спутников, развивая производительность 40 млн, опер/с.

Ассоциативные системы в тех случаях, когда задачи хорошо распараллеливаемые, способны оставить далеко позади другие вычислители, особенно для проблем специфических — таких, как поиск максимального числа в массиве данных (а. с. № 424141, СССР), отыскание ближайшего числа к заданному (а. с. № 634372, СССР) и т. п.

Иногда кажется, что выдумке в вычислительном деле нет границ. Вот система ОМЕН, воплощенная в серии из четырех моделей. В первой же из них ОМЕН-60, появившейся в 1971 году, действовал необычный ортогональный процессор. Согласно идее У. Шумана (патент № 3277449, 1960 г., США) данные-операнды могли как записываться в память ОМЕН, так и считываться из нее не только обычным, «горизонтальным» способом, но и новым для того времени «вертикальным». Хотя многое в ОМЕН сохранилось от прежних разработок (даже экзотические «вертикальные» команды хранились по старинке «горизонтально»), однако для некоторых (опять только для некоторых) задач «вертикальная» обработка ускорила их решение на 2—3 порядка.

Стремительно-вычисляющая параллельность, реализованная в столь разноликих многопроцессорных системах, обрела упорядоченность в середине 60-х годов — классификацию, являющуюся ведущей и поныне, создал М. Флинн. Все ЭВМ, эскизно упомянутые здесь, располагаются в ней под

35