Матричные компьютеры
Типичным представителем матричных компьютеров является ЭВМ ИЛЛИАК-1. Она появилась в то время, когда эпоха "mainframe houses" находилась в эволюционном развитии. Проект ее зародился в недрах системы "Соломон", когда руководитель ее проекта Д. Слотник перешел в Иллинойский университет.
Система "Соломон" имела 1024 элементарных процессора, которые выполняли одну и ту же команду одновременно, но с различными операндами. Каждый процессор имел собственную память для операндов. Процессоры работали синхронно.
ИЛЛИАК-4 – разработка Иллинойского университета (США) совместно с фирмой Burroughs. ЭВМ специализированная.
Цель первоначального проекта – создание матричной системы с производительностью порядка 1 млрд оп/с. Он должен был содержать одно управляющее звено, в качестве которого использовалась B-6500 с быстродействием около 500–600 тыс. оп/с.
Достижение такого быстродействия потребовало создания параллельной архитектуры и высокого быстродействия электронных компонент. Первоначальный проект содержал четыре независимых блока по 64 обрабатывающих элемента каждый. Это типичный представитель SIMD-машин. Спроектированный арифметический процессор был рассчитан на обработку 64-битных слов с плавающей точкой. Однако технические трудности не позволили воплотить в жизнь предложенный проект. Пришлось остановиться на одноблочном варианте. Разработки велись на новом алголоподобном языке TRANQUIL, одновременно разрабатывалось ПО еще и на ассемблере GLYPNIR. Язык TRANQUIL имел возможности для задания параллельных (векторных) конструкций.
Реализованный вариант содержал 64 процессора и ЭВМ 7500 с общей производительностью до 200 млн оп/с. Он рассчитан на решение задач, хорошо поддающихся распараллеливанию: от проблем линейного программирования до задач метеорологии. Простейшие из них: решение систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), обращение матриц, умножение матриц и т. д. Оценки авторов проекта ИЛЛИАК-4 показывают, что для задач, поддающихся распараллеливанию, время решения уменьшается примерно в 220 раз по сравнению со временем их выполнения на однопроцессорных ВС с последовательным выполнением команд.
В ИЛЛИАК- 4 отказались от строгой синхронизации работы элементарных процессоров, допуская произвольное выполнение (по времени) общей команды. Каждый процессор здесь превращен, по сути, в целую ЭВМ, допускающую модификацию выполнения команд в зависимости от операнда, тем самым приблизив процессоры почти к независимой работе. Оперативная память в 2048 слов длиной 64 бита. Цикл ЗУ примерно 350 нс. Хотя каждый процессор получает для обработки одну и ту же последовательность команд, характер работы каждого зависит от типа локальных данных.
В ИЛЛИАК-4 заложена возможность выполнения в разных процессорах различных программ, правда, за счет уменьшения скорости обработки. Реализуется это следующим образом: в 64-разрядный регистр маски в центральном УУ (каждый разряд соотнесен определенному процессору) заносится значение, блокирующее (или разрешающее) работу соответствующего процессора, что позволяет блокировать определенную группу процессоров. Это в принципе и дает возможность выполнять разные последовательности команд на различных процессорах.
При разработке ИЛЛИАК-4 был решен ряд важнейших проблем. В частности, проблема информационного обмена между отдельными индивидуальными ЗУ каждого процессора. Она была решена посредством обеспечения возможности обращаться к ЗУ соседних процессоров.
Вторая проблема – организация работы всех процессоров в целом, т. е. задача координации функционирования системы. Функции координатора программ, их трансляции и распараллеливания возложены на универсальную ЭВМ В-7500, которая имеет богатые возможности по связи с внешними устройствами.
Третья проблема – обеспечение живучести и надежности. ИЛЛИАК-4 включает до 7 млн электронных компонент. С этой целью разработана система контроля работы устройств и передачи данных между узлами и блоками ЗУ. Имеется мощная система технической диагностики.
ИЛЛИАК-4 включает ПЗУ большого объема – лазерное ПЗУ, представляющее собой металлическую пленку, которая покрывает барабан с выжженными лазерным путем микроотверстиями.Такое ЗУ используется для длительного и надежного хранения информации.
Система ИЛЛИАК-4 оказала также содействие развитию компьютерной науки. Она, в частности,
·
продемонстрировала, что SIMD-архитектура может быть эффективно использована для некоторых важных применений;
· показала, что система такой сложности может быть использована производительно и надежно.
Главный недостаток, препятствующий широкому использованию ИЛЛИАК-4, постоянная эволюция применений и высокая стоимость.
