Многопроцессорные обчислювальні комплекси Ельбрус

Многопроцессорные обчислювальні комплекси Эльбрус

При розробці цих систем головну увагу було приділено трьом проблемам:

эффективности використання устаткування;

возможности забезпечення граничною продуктивності;

созданию высоконадежных резервируемых структур, які мають можливістю поступового нарощування продуктивності з урахуванням адаптацію вирішуваним завданням.

Мы тут дамо стислі дані про згаданих комплексах, з яких якійсь мірі можна будувати висновки про структурних рішеннях, прийнятих для досягнення зазначених цілей.

В склад сімейства багатопроцесорних обчислювальних комплексів входить система Эльбрус-1 з продуктивністю від 1,5 млн. операцій в сік до 10 млн. операцій на сек, и високопродуктивна система Эльбрус-2 з сумарним швидкодією понад сто млн. операцій на сік. Системи Эльбрус-1 і Эльбрус-2 побудовано самих і тієї ж структурних принципах, їх модулі функціонально ідентичні, які процесори мають однакову систему команд і однакову виконуваних функцій єдину операційну систему (ЕОС).

Основными модулями обчислювальної системи Ельбрус є:

центральные процесори у кількості від 1 до 10;

модули оперативної пам’яті (від 4 до 32);

модули процесорів виводу-введення-висновку (ПВВ) (від 1 до запланованих 4);

модули процесорів передачі (ППД) (від 1 до 16);

модули управління барабанами і дисками, що утворюють систему управління масової пам’яттю.

Оперативная пам’ять всім процесорів системи доступна через комутатор, який, ще, покладаються функції винятку несправних блоків пам’яті і включення до роботу резервних. Достовірність обчислень гарантується розвинену систему апаратного контролю, що охоплює контролем як роботу процесорів, і роботу з обміну інформацією всіх щаблях системи.

Система команд центрального процесора виходить з принципі магазинного звернення до пам’яті, на апаратної реалізації стека. Внутрішній мову машини подібний до инверсной польської бесскобочной запису і є імена операндов, помещаемых в стік, і кодів функцій, виконуваних над операндами, розташованими в вершині стека. У вершині стека можуть бути теж самі операнды, а посилання них і навіть посилання процедури, вычисляющие значення необхідного операнда. По принципам свого побудови система команд центрального процесора близька до системи команд таких машин, як KDF-9 і Барроуз, структуру із яких прийнято вважати нетрадиційної.

В той час система команд і організація даних має суттєві відмінностей у що напрямку понад розвиненого апарату описи типів даних, його захисту, способів розподілу пам’яті. Стековый механізм широко використовується як для динамічного розподілу пам’яті під локальні об'єкти програмних блоків і процедур, а й також запам’ятовування керуючої інформації при переходах більш глибокі рівні вкладеності процедур й у запам’ятовування інформацію про адресному оточенні завдання при прерываниях і переходах з завдання на завдання. У системі команд Ельбрус отримав подальше розвиток апарат дескрипторів, який відбиває такі конструкції мов високого рівня, як описатели процедур, масивів та об'єктивності даних.

Каждый об'єкт даних у пам’яті оснастили додатковими управляючими розрядами (тегом), які містять інформацію про типі даних, і різні управляючі ознаки, включаючи ознаки захисту за читання і запис. Широке використання стекового механізму, апарат дескрипторів і описателей, можливість вказувати рівень вкладеності - усе це дозволяє будувати звані «чисті» реентерабельные (повторновходимые) процедури чи програми, у яких року присутні посилання адреси об'єктів в математичної чи фізичної пам’яті.

Это дуже важливо з організацією обчислень в багатопроцесорних системах, оскільки це дозволяє один і той ж тіло програми одночасно використовувати кількома процесорами під час роботи з різними даними. Апарат дескрипторів і непрямих посилань до того ж час дозволяє різним програмам мати контрольований доступом до загальним даним, що корисно під час вирішення деяких складних завдань.

При розробці системи Ельбрус багато уваги було приділено проблемам синхронізації при паралельному виконанні гілок одного завдання над загальними даними, т. е. проблемі синхронізації процесів. Багато функції синхронізації винесені до рівень апаратури.

Модуль ПВВ — процесор виводу-введення-висновку — представляє собою спеціалізовану обчислювальну машину зі своєю локальною пам’яттю і з можливістю доступу до основний оперативної пам’яті і є керувати зв’язком системи з зовнішніми пристроями. До складу ПВВ входять блоки швидких каналів і блоки стандартних каналів. Натомість блок швидких каналів складається з чотирьох селекторних каналів, що потенційно можуть обслуговувати до 64 швидких абонентів кожен. Селекторні канали розраховані на зв’язку з такими пристроями як швидкі магнітні барабани і змінні диски. Блок стандартних каналів містить 16 каналів, обслуговуючих до 256 зовнішніх абонентів. Стандартний канал забезпечує мультиплексное обслуговування порівняно повільних зовнішніх пристроїв: магнітних стрічок, пристроїв виводу-введення-висновку тощо. З іншого боку, у складі ПВВ входить блок поєднання з процесорами передачі (до запланованих 4 каналів).

Основное призначення ПВВ-освободить центральну обчислювальну систему від функцій організації черг обміну, від функцій реакцію переривання по уведенню-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 запланованих 4 млн. байт/сек, і з стандартному каналу і каналу поєднання з ППД-около 1 млн. байт/сек.

Процессор передачі - ППД — є спеціалізоване обчислювальне пристрій з гнучким програмним управлінням, продуктивністю порядку 700 тис. операцій на сек. Вона має свою локальну пам’ять, у якій розміщуються управляючі програми, щоб забезпечити обслуговування до 160 телефонних і телеграфних ліній зв’язку.

В склад ППД можуть входити до 10 групових пристроїв поєднання, кожна з яких розраховане обслуговування до 16 телефонних чи телеграфних ліній. Це пристрій здійснює функцій контролю і программно-управляемую адаптацію до різним системам передачі. Процесорам передачі можуть бути підвалинами побудови систем телеобработки чи дистанційного доступу. Повідомлення, прийняте чи передане по телефонним чи телеграфним лініях, піддається многоступенчатому ієрархічному обслуговування ланцюжком: модем, групове пристрій поєднання, центральний обчислювач ППД, блок поєднання ПВВ, оперативна пам’ять, центральний процесор системи. Така ієрархія звільняє вищі поверхи від рутинної роботи, що з детальним аналізом вступників сигналів, їх ретельному контролю, підвищуючи дедалі більш логічний рівень управління.

Базу математичного забезпечення обчислювальних комплексів Ельбрус становить операційна система. Структурна організація центральних процесорів дозволяє незалежно від своїх числа мати операційну систему у одному примірнику. Оскільки диспетчерські функції управлінню введенням висновком передані спеціалізованим процесорам ПВВ і ППД, на управляючі програми, виконувані центральними процесорами системи, покладається робота з управлінню ресурсами, планування потоку завдань, розподілу ресурсів процесорів, контролю за живучістю і управління резервуванням. Важливою функцією центральної ОС є функція управління роботою процесів та його синхронізація. З іншого боку, центральна операційна система виконує звичайні функції виклику систем програмування, розподілу пам’яті, динамічного виклику процедур і необхідних масивів і управління файловій системою. До складу системи програмування обчислювального комплексу Ельбрус мають увійти мови високого рівня: алгол-60, фортран, кобол, ПЛ-1, алгол-68, симула-67, паскаль. З іншого боку, у складі системи програмування входить автокод Ельбрус — процедурно-ориентированный, машинно-зависимый мову, можна порівняти за своїми можливостями з мовами високого рівня. У автокоде Ельбрус передбачені можливості, дозволяють будувати добре структуровані програми. Для системних математиків розроблений мову описи сетей-сетран, який би автоматизацію програмування алгоритмів самонаведення процесора передачі під час створення систем телеобработки і написання програм управління зусиль для прийманню-передаванню у різних системах передачі даних.

В склад центральної ОС як складова частина входить систему управління базою даних, що забезпечує мультидоступ до файлам базується на мережевий моделі структур даних.

Газета «Московська Щоправда» від 8.4.78 року повідомила, що у у Радянському Союзі розпочав виробництво універсальних багатопроцесорних комплексів четвертого покоління Эльбрус-2 загальної продуктивністю понад сто млн. операцій на секунду, і у час ведуться розробки ще більше високопродуктивних універсальних обчислювальних машин. Це, зроблене від імені ТАРС, підтверджує то велике значення, яке надається нашій країні розвитку високопродуктивних обчислювальних машин.

Развитие у сфері досліджень, і розробки такого роду систем йде з різноманітними напрямами, і це є запорукою успішного рішення великих грошей і важких завдань, поставлених перед вченими у сфері обчислювальної техніки, завдань, які з’явились у ході технічної революції, викликаних до життя розвитком сучасного виробництва та важливими завданнями, що стоять перед суспільством.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.