Техника - молодёжи 1987-07, страница 38
J7ЪУ —I 01\0\ -10-7 '1 ^OncfUXM^ cLux JMy Ортогональная ЭВМ состоит из процессоров ввода-вывода (ПВВ), «горизонтального» арифметического устройства (ГАУ), «вертикального» арифметического устройства (ВАУ), устройства управления (УУ) и ортогональной памяти (ОП). Операнды могут заноситься в ОП и считываться из нее не только обычным, «горизонтальным» способом (как, например, операнд 011 100), но и «вертикальным». Поэтому ортогональная ЭВМ может работать и с «поперечными» срезами записанных в ОП чисел. Один из таких срезов, имеющий в «горизонтальном» начертании запись 10100, выделен на рисунке. аббревиатурой ОКМД — один поток команд, много потоков данных. Однопроцессорную ЭВМ, с фоннейманов-ской архитектурой, именуют ОКОД — один поток команд, один поток данных. Остальные многопроцессорные ЭВМ отнесены к классу, основывающемуся на многих потоках одновременно выполняемых команд. В том и состоит особенность — потоки не данных, а команд. МИЛЛИАРДНЫЕ СКОРОСТИ КОНВЕЙЕРА Одно то, что для широкоизвестных ЭВМ типа ОКОД существуют языки и АЛГОЛ, и ФОРТРАН, и БЭЙСИК, и ПЛ-1, может ввергнуть в растерянность — сколько же тогда их потребно для многопроцессорных ЭВМ? В 1962 году К. Айверсон специально для ОМЕН разработал язык АПЛ, расцененный специалистами как «ориентированный строго на параллельную обработку, практически единственный в этом смысле». Таково было первое направление. Но большинство ученых выбрало другой путь. Выяснилось, чуо зачастую достаточно было четырьмя-шестью дополнительными операторами расширить известный язык, и тот оказывался готовым работать на параллельность. К примеру, оператор ФОРК, входящий в расширение АЛГОЛа-бО, преобразует последовательное выражение А+Б+В+Г в параллельное, при котором сложения А+Б и В+Г выполняются одновременно. Отметим, что в ПЕПЕ используется расширенный ФОРТРАН — язык П-ФОР (Параллель ный ФОРтран), ПС-2000 работает на языке высокого уровня ВЕКТОР с алго-лоподобным синтаксисом, а для ИЛЛИАКа-4 создано целых шесть алго-лоподобных языков—от ИВТРАНа (для начинающих пользователей) до ГЛИПНИРа (для пользователей высокой квалификации). Продолжался и поиск новых конфигураций ЭВМ. В 1956 году академик С. А. Лебедев заметил, что даже в несложных ОКОД некоторые машинные действия могут выполняться одновременно. Скажем, пока процессор складывает два числа, а устройство ввода-вывода принимает очередные данные, из памяти можно считать какую-нибудь команду. Развивая эту мысль, С. А. Лебедев пришел к идее параллельности команд и назвал свой метод «принципом водопровода». Совмещение машинных операций впервые было применено в ЭВМ М-20, а метод спустя некоторое время стал именоваться конвейерным. Представьте себе выстроенные в ряд процессоры. Единый поток данных пронизывает их. При этом каждый процессор впитывает только свой поток управляющих команд, то есть выполняет только ему предписанные операции. Поясним принцип работы конвейера на примере. Скажем, первый процессор преобразует входное слово «ночь» в промежуточное «ноль», второй пересчитывает «ноль» в «соль», третий — «соль» в «сель», четвертый — «сель» в «сень», а пятый переводит «сень» в выходное слово «день» — таким образом решена задача превращения «ночи» в «день». И это экспресс-решение? А рост быстроты вычислений — в чем он? В том, что время, отведенное на решение задачи, укорачивается — за счет частичного перекрытия команд во времени. Ведь первый процессор, на который воздействует команда X, изменяет лишь третью букву слова «ночь» — следовательно, ненужный остаток «но-ь» может быть тут же передан во второй процессор. Итак, первый процессор еще работает, когда в дело включается второй, повинуясь команде У, он подыскивает изменение уже для первой буквы, а фрагмент «-о-ь» пересылается в третий процессор. Ра зумеется, команда У чуть-чуть запаздывает относительно команды X — отсюда перекрытие во времени. Так работает известная КРЭЙ-1. Выпущенная в 1976 году, она имеет 12 процессоров (ввиду сложности их называют функциональными) и достигает производительности 140 млн. опер/с, а ее усовершенствованная модель, КРЭЙ-2, развивает производительность буквально рекордную — 2 млрд. опер/с. Теперь становится понятным термин «параллельность потоков команд» — при решении загруженной в конвейер задачи каждый процессор управляется своим командным потоком. Оттого конвейерные системы подпадают под классификационную рубрику МКОД — много потоков команд, один поток данных. А что же такое МКМД — много потоков команд, много потоков данных? Важнейшим узлом здесь является коммутационная структура — она позволяет соединить любой процессор с любым модулем памяти либо разъединить их. «Любой работает на любой» — принцип не только «оркестровки» управления сложным и дорогим коммутатором. Это суть работы МКМД. Пока число процессоров в МКМД невелико — по два в машинах АСВТМ-7000, СМ-2, ЕС-1050, от двух по десяти задействовано в ЭВМ серии ЭЛЬБРУС, разработанных под руководством члена-корреспондента АН СССР В. С. Бурцева. При этом, если ранняя ЭЛЬБРУС-1, созданная в 1974 году, достигала производительности 12 млн. опер/с, а рожденная в начале 80-х ЭЛЬБРУС-2 развивает уже 100 млн. опер/с, то возникшая совсем недавно ЭЛЬБРУС-3 способна на 1 млрд. опер/с. Популярность вычислительного семейства ЭЛЬБРУС растет на глазах — она выбрана в качестве одной из базовых систем для территориального вычислительного центра коллективного пользования (ВЦКП) Сибирского отделения АН СССР. Создаваемый ВЦКП должен будет, по замыслу проектировщиков, обеспечить потребности более 2000 пользователей институтов СО АН СССР, а также других организаций. ПОИСКИ И ПРОБЛЕМЫ Проницательный читатель обратил, вероятно, внимание на даты более чем десятилетней давности — 1971, 1974, 1976... А что было потом? «Задача компьютеризации нашей страны оказалась куда сложнее и масштабнее, чем она выглядела на заре использования ЭВМ,— пишет академик В. Михалевич.— Сейчас создано около 9 тыс. АСУ, 5 тыс. ВЦ. Разработкой и эксплуатацией компьютеризованных систем занято свыше полумиллиона человек». Библиографы подсчитали — на начало 80-х годов по проблематике па- 36 |
