5.7. Система CRAY 1
Фирма Cray Research основана в 1972 г. бывшим главным конструктором систем CDC6600 и 7600 С. Креем (S. Cray), который вел также работы по созданию CDC8600 и возглавлял разработку систему CYBER76. В 1976 г. фирма установила в Лос-Аламосской научной лаборатории первый образец своей первой системы CRAY 1 с памятью 512 К слов. По данным на конец 1977 года установлено два образца системы и на три образца имеются заказы [283, 314]. В системе нашли отражение и развитие многие принципы, использованные ранее в CDC6600 и 7600.
CRAY 1 является сверхвысокопроизводительной системой, основанной на магистральном принципе векторной и скалярной обработки информации. Она предназначена для решения сложных научных и технических задач. По производительности эта система эквивалентна пяти IBM 370/195. Результаты измерений, полученные при прогоне программ для оценки производительности, показывают, что при полном использовании вычислительных возможностей системы она обеспечивает производительность 138 млн. операций с плавающей запятой в секунду, а на некоторых коротких по времени пиках производительности обеспечивает производительность 250 млн. операций с плавающей запятой в секунду [1139]. Производительность системы в среднем оценивается величиной в 80 млн. операций в секунду [314].
Такая высокая производительность достигнута благодаря организации структуры системы, обеспечивающей как одновременное выполнение вычислений в нескольких магистралях, так и, что не менее важно, возможность объединения магистралей в разнообразные цепочки с передачей данных от одной магистрали к другой через их регистры без отсылки в память. Магистрали в системе — короткие, что существенно облегчает проблему их заполнения. Система выполняет как скалярные, так и векторные операции, причем одновременно могут выполняться по нескольку как ска.лярных, так и векторных операций [1139].
Другими особенностями системы, повышающими ее вычислительные возможности, являются следующие: малые размеры системы, в результате чего электрические сигналы внутри системы распространяются на короткие расстояния, что, в свою очередь, позволило достигнуть длительности цикла работы системы в 12,5 нсек; полупроводниковая память емкостью до 1 М 64-разрядных слов с обнаружением и коррекцией ошибок (вначале был предусмотрен только контроль по четности); оптимизирующий транслятор с фортрана. Возможность построения цепочек магистралей и развязка устройств обработки от памяти обеспечивается наличием большого числа регистров.
Малые размеры системы естественно отражают, принцип, что с уменьшением размера повышается скорость работы. Конструктивно система выполнена в виде 12 клинообразных стоек высотой 196 см, расположенных по дуге в 270° внутри окружности диаметром 263 см, причем на высоте 48 см диаметр окружности уменьшается до 144 см. Охлаждение в системе — фреоновое. В системе используется достаточно отработанная и ранее проверенная элементная база, причем применяется всего четыре типа кристаллов [1139].
Структурная схема системы CRAY 1 изображена на рисунке 5.14 [1223]. Система подразделяется на четыре функциональные секций: управления программой, функциональных устройств, регистров, памяти и ввода-вывода.
Память системы емкостью до 1 М слов организована в виде 16 независимых банков емкостью в 64 К слов каждого. Каждый банк, в свою очередь, содержит 72 модуля памяти, причем каждый модуль хранит один разряд всех слов данного банка. Таким образом, слово содержит 72 разряда, из числа которых 64 — информационные и 8 — контрольные для исправления одиночных и обнаружения двойных ошибок в слове (при первоначальной реализации системы были только разряды четности).
Наличие 16 независимых банков позволило организовать 16-кратное чередование адресов, время цикла одного банка равно четырем циклам системы, т. е. составляет 50 нсек [1139].
Система осуществляет векторную и скалярную обработку 64-разрядных слов и выполняет операции с плавающей и фиксированной запятой при помощи 12 функциональных устройств, организованных в виде четырех групп устройств: для адресных операций, скалярных операций, операций с плавающей запятой и векторных операций (см. рис. 5.14). Каждое функциональное устройство представляет собой магистраль, сегменты которой выполняют свою функцию за один цикл (т. е. за 12,5 нсек). Количество циклов, затрачиваемых сегментами устройств, указано в скобках после наименования устройств на рисунке 5.14. Каждое функциональное устройство может выдавать результаты на каждом цикле работы. Все функциональные устройства могут работать одновременно, т. е. в дополнение к магистральной обработке в каждом устройстве осуществляется также обработка информации этими устройствами в параллель друг другу. В системе нет устройства деления. Деление с плавающей запятой выполняется в CRAY 1 при помощи устройства вычисления обратной величины и основано на алгоритме приближения, ранее использовавшемся в IBM 360/91 [1139].
Основной набор регистров с программным доступом состоит из: 1) 8 24-разрядных адресных А-регистров; 2) 64 24-разрядных промежуточных адресных В-регистров; 3) .8 64-разрядных скалярных S-регистров; 4) 64 64-разрядных промежуточных скалярных Т-регистров; 5) 8 64-элементных векторных V-регистров, причем каждый элемент вектора есть 64-разрядное слово (см. рис. 5.14). Эта регистровая высокоскоростная память (6 нсек) имеет суммарную емкость в 4888 байт.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
