Вычислительная система illiac IV
ВС ILLIAC IV
Матричная система ILLIAC IV (ILLInois Automated Computer) создана Иллинойским университетом и корпорацией Бэрроуз (Burroughs Corporation). Она разрабатывалась с 1966 и в 1972 система эксплуатировалась в Научно-исследовательском центре НАСА (NASA – National Aeronautics and Space Administration – Национальное управление аэронавтики и космоса).
Количество процессоров в системе – 64; быстродействие – 2*108 опер./с; емкость оперативной памяти – 1 М байт; полезное время составляет 80-85% общего времени работы ILLIAC IV, стоимость 40 000 000 долл., вес 75 т, занимаемая площадь 930 м2.
Система ILLIAC IV была включена в вычислительную сеть ARPA (Advanced Research Projects Agency – Управление перспективных исследований и разработок Министерства обороны США) и успешно эксплуатировалось до 1981 г.
Функциональная структура системы ILLIAC IV
Матричная вычислительная система ILLIAC IV должна была состоять из 4 квадрантов (К1–К4), подсистемы ввода-вывода информации, ведущей ВС B 6700 (или B 6500), дисковой памяти (ДП) и архивной памяти (АП). Планировалось, что ВС обеспечит быстродействие 109 опер./с. В реализованном варианте ILLIAC IV содержался только один квадрант, что обеспечило быстродействие 2*108 опер./с. При этом ILLIAC IV оставалась самой быстродействующей вычислительной системой вплоть до 80-х годов 20 столетия.
Квадрант – матричный процессор, включавший в себя устройство управления и 64 элементарных процессора. Устройство управления представляло собой специализированную ЭВМ, которая использовалась для выполнения операций над скалярами и формировала поток команд на матрицу ЭП. Элементарные процессоры матрицы регулярным образом были связаны друг с другом. Структура квадранта системы ILLIAC IV представлялась двумерной решеткой, в которой граничные ЭП были связаны по канонической схеме (циркулянтным графом), которую можно изобразить в виде плоской решетки, где узлы в каждом столбце замкнуты в кольцо, а узлы в последовательных рядах соединены в замкнутую спираль. Второй вариант представления – хордальное кольцо с шагом хорды равном 4.
Каждый ЭП имел:
накапливающий сумматор (64 разряда),
регистр второго операнда (64 разряда),
регистр передаваемой информации (из данного ЭП в соседний ЭП) (64 разряда),
регистр, использовавшийся как временная память (64 разряда),
регистр модификации адресного поля команды (16 разрядов),
регистр состояния данного ЭП (8 разрядов).
Структура межпроцессорных связей в ILLIACIV
ЭП мог находиться в одном из двух состояний – активном или пассивном. В первом состоянии ему разрешалось, а во втором запрещалось выполнять команды, поступавшие из устройства управления. Состояние ЭП задавалось при помощи специальных команд. Накапливающий сумматор и все регистры ЭП были программно адресуемы.
Память каждого ЭП – 16 Кб. К каждой памяти непосредственный доступ имел собственный ЭП. Обмен информацией между памятями различных ЭП осуществляется по сети связи при помощи специальных команд пересылок.
Подсистема ввода-вывода состояла из устройства управления, буферного запоминающего устройства и коммутатора. Комплекс этих устройств обеспечивал обмен информацией между квадрантами ILLIAC IV и средствами ввода-вывода: ЭВМ В 6700, дисковой и архивной памятью, периферийными устройствами, сетью ARPA.
Ведущая ВС В 6700 – это мультипроцессорная система корпорации Burroughs, которая могла иметь в своем составе от 1 до 3 центральных процессоров и от 1 до 3 процессоров ввода-вывода информации и обладала быстродействием 1–3 млн. операций в секунду. Она использовалась для реализации функций операционной системы (включая ввод-вывод информации, операции по компиляции и компоновке программ, распределение аппаратных ресурсов, исполнение служебных программ и т.п.).
Дисковая память (ДП) состояла из двух дисков и обрамляющих электронных схем.
Эта память имела емкость порядка 109 бит и была снабжена двумя каналами, по каждому из которых можно было параллельно передавать и принимать информацию со скоростью 0,5*109бит/с. Среднее время обращения к диску 20 мс.
Архивная память (АП) – постоянная лазерная память с однократной записью, разработанная фирмой Precision Instrument Company.
В системе ILLIAC IV насчитывалось более 6*106 электронных компонентов. Отказы компонентов или соединений могли происходить через несколько часов. По этой причине в систему была включена обширная библиотека контрольных и диагностических тестов.
Средства программирования ILLIAC IV включали язык ассемблера (Assembler Language) и три языка высокого уровня: Tranquil, Glynpir, FORTRAN. Языки высокого уровня в силу архитектурных особенностей ILLIAC IV отличались от соответствующих языков ЭВМ в части распределения двумерной памяти, операций над векторами и пересылок данных.