Тема 8. Архитектурные особенности организации эвм различных классов

Лекция 17. Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов.

1. ВС на базе транспьютеров.

2. Вычислительные системы с управлением вычислениями от потока данных. Архитектура потоковых ВС. Макропотоковые ВС. Гиперпотоковая обработка.

3. ВС с управлением вычислениями по запросу.

1. Вс на базе транспьютеров

Появление транспьютеров связано с идеей создания различных по производительности ВС (от небольших до мощных массивно-параллельных) посредством прямого соединения однотипных процессорных чипов. Сам термин объединяет два понятия – «транзистор» и «компьютер».

Транспьютер – это сверхбольшая интегральная микросхема (СБИС), заключающая в себе центральный процессор, блок операций с плавающей запятой, статическое оперативное запоминающее устройство, интерфейс с внешней памятью и несколько каналов связи.

Канал связи состоит из двух последовательных линий для двухстороннего обмена. Он позволяет объединить транспьютеры между собой и обеспечить взаимные коммуникации. Данные могут пересылаться поэлементно или как вектор. Одна из последовательных линий используется для пересылки пакета данных, а вторая – для возврата пакета подтверждения, который формируется как только пакет данных достигнет пункта назначения.

На базе транспьютеров легко могут быть построены различные виды ВС (рис.1). Так, четыре канала связи обеспечивают построение двухмерного массива, где каждый транспьютер связан с четырьмя ближайшими соседями.

Рис.1 Группы из полностью взаимосвязанных транспьютеров: а – два транспьютера; б – три транспьютера; в – четыре транспьютера

Особенности транспьютеров потребовали разработки для них специального языка программирования Occam. Язык обеспечивает описание простых операций пересылки данных между двумя точкам, а также позволяет явно указать на параллелизм при выполнении программы несколькими транспьютерами. Основным понятием программы на языке Occam является процесс, состоящий из одного или более операторов программы, которые могут быть выполнены последовательно или параллельно. Процессы могут быть распределены по транспьютерам вычислительной системы, при этом оборудование транспьютера поддерживает совместное использование транспьютера одним или несколькими процессами.

Принято говорить о двух поколениях транспьютеров и языка Occam. Первое поколение отражает требования тех приложений, для которых транспьютеры и разрабатывались: цифровой обработки сигналов и систем реального времени. Для подобных задач нужны сравнительно небольшие В С со скоростными каналами связи (главным образом, между соседними процессорами) и быстрым переключением контекста.

С появлением вычислительных систем второго и третьего поколений стало ясно, что ВС на транспьютерах ранней организации уже стали неконкурентоспособными, что и побудило к созданию их второго поколения (Т9000). Главная особенность транспьютеров второго поколения – развитые коммуникационные возможности, хотя в вычислительном плане, даже несмотря на наличие в них блоков для операций с плавающей запятой, они сильно уступают универсальным микропроцессорам.

Обобщенная структура транспьютера, показанная на рис. 2, включает в себя:

Рис. 2

центральный процессор;

АЛУ для операций с плавающей запятой;

каналы связи;

внутреннюю память (ОЗУ);

интерфейс для подключения внешней памяти;

интерфейс событий (систему прерываний);

логику системного сервиса (систему обслуживания);

таймеры.

Первый транспьютер содержал 16-разрядный арифметический процессор. Последующие транспьютеры были оснащены 32-разрядным целочисленным процессором и процессором с плавающей запятой (ПЗ) (до 100 MIPS). Версии, поддерживающие процессор с ПЗ, организованы так, что этот процессор и целочисленный процессор могут работать одновременно.

Сам по себе процессор транспьютера построен по архитектуре RISC, имеет микропрограммное УУ, а команды в нем выполняются за минимальное число циклов процессора. Простые операции, такие как сложение или вычитание, занимают один цикл, в то и время как более сложные операции требуют нескольких циклов, Команды состоят из одного или нескольких байтов. Большинство версий транспьютеров имеют по четыре последовательных канала связи со скоростью передачи по каналу порядка 10 Мбит/с. По мере развития транспьютеров повысилась скорость передачи по каналам связи и появилась возможность подключения внешней памяти через интерфейс памяти. Схема этого интерфейса программируется и способна формировать различные сигналы для удовлетворения различных требований самых разнообразных микросхем внешней памяти.

Передача информации производится синхронно под воздействием либо общего генератора тактовых импульсов (ГТИ), либо локальных ГТИ с одинаковой частотой следования импульсов. Информация передается в виде пакетов. Каждый раз, когда пересылается пакет данных, приемник отвечает пакетом подтверждения.

Для коммуникаций между процессами внутри транспьютера вместо внешних каналов операторы ввода/вывода используют внутренние каналы транспьютера.

Интерфейс событий дает возможность внешнему устройству привлечь внимание и получить подтверждение. Этот интерфейс функционирует как входной канал и аналогично программируется.