Блог старого компьютера

Блог старого компьютера


Транспьютер

03.10.2011 09:16 Администратор О железе 1994 года
Печать PDF
     Транспьютер (transputer) - это новый микроэлектронный прибор, объединяющий на одном кристалле мощный микропроцессор, быструю память, интерфейс внешней памяти и каналы ввода-вывода, предназначенные для подключения аналогичных приборов.
Первый транспьютер был создан в середине 1983 г. специалистами еще малоизвестной тогда английской фирмы INMOS. Прибор спроектирован таким образом, чтобы максимально облегчить построение параллельных вычислительных структур. При соединение транспьютерных элементов между собой требуется инимальное число дополнительных интегральных микросхем.
     Уже само название "транспьютер" - сокращение от слов "транзистор" и "компьютер" - указывает на то, что этот элемент (по мнению разработчиков) является основой для построения нового поколения компьютеров, точно также, как транзистор послужил когда-то базой для создания первых полупроводниковых машин.
Две архитектуры
     Интересно сравнить первый 32-разрядный транспьютер Т414 фирмы INMOS с появившимся одновременно с ним (1986 г.) 32-разрядным микропроцессором 80386 корпорации INTEL.
     По размерам кристалла (8,7 8,9 мм) и числу транзисторов (200 тыс.)Т414 несколько уступает 80386 (270 тыс.). Однако на кристалле Т414 кроме мощного 32-рязрядного микропроцессора разработчики сумели разместить еще и 2 Кбайт ОЗУ, средства прямого доступа к памяти (пропускная способность - 25 Мбайт/с) и четыре канала ввода-вывода (линка). Процессор 80386 имеет традиционную структуру: встроенная память здесь отсутствует и предусмотрена одна магистраль для обмена с памятью и внешними устройствами (пропускная способность - 32 Мбайт/с). Таким образом, для объединения нескольких 80386 в единую систему нужны дополнительные элементы. Один процессорный элемент параллельной вычислительной системы на базе 80386 может занимать целую плату и включать множество больших интегральных схем. Габариты системы даже при небольшом числе процессоров (один-два десятка) оказываются значительными, возможности обмена данными - ограниченными, стоимость и энергопотребление - высокими, а надежность - низкой.
     Важным достижением разработчиков транспьютера стало снижение энергопотребления интегральной схемы. Если максимальная потребляемая мощность 80386 равна 2 Вт, то Т414 она в четыре раза меньше (500 мВт). Это значительно упрощает создание компактных систем с большим числом одновременно работающих процессоров.
     При тактовой частоте 16МГц пиковое быстродействие 80386 составляет 4 MIPS (млн. коротких операций над целыми числами в секунду) . На выполнение одной команды в среднем приходится четыре такта. RISC - архитектура транспьютера позволила сократить время выполнения команд в среднем до двух тактов: Т414 при тактовой частоте 20 МГц имеет пиковое быстродействие 10 MIPS.
     В 1987 году начались поставки транспьютера Т800 - наиболее распространенный из выпускаемых ныне транспьютеров. На одном кристалле размещены 32-разрядный процессор, сопроцессор для выполнения операций над 64-разрядными числами с плавающей запятой, быстрое ОЗУ объемом 4 Кбайт, интерфейс внешней памяти и четыре коммуникационных линка. Выпускзются 20- и 30-МГц модификации элемента. На частоте 30 МГц пиковое быстродействие равно 30 MIPS и 4,3 MFLOPS (среднее значение равно 15 MIPS и 3,3 MFLOPS). МFLOPS - млн. операций над числами с плавающей запятой в секунду. Средняя скорость доступа к внутренней памяти составляет 120 Мбайт/с, к внешней памяти - 40 Мбайт/с.
     В конце 1989 г. фирма INMOS сообщила о выпуске недорогого (ценой $20) 32-разрядного транспьютера Т425. Отказавшись от операций с плавающей запятой, снизив число линков до двух и объём встроенной оперативной памяти до 2 Кбайт, фирма предложила изделие значительно более дешевое, чем Т414 или Т800. Его быстродействие на тактовой частоте 20 МГц составило 10 MIPS.      С большой задержкой от объявленного срока появился транспьютер Т9000. Это самый мощный транспьютер фирмы INMOS. На одном кристалле кроме 32-разрядного процессора для выполнения операций над числами с плавающей запятой размещены 16- Кбайт кэш-память, коммуникационный сопроцессор и четыре коммуникационных линка. 50-МГц элемент имеет пиковое быстродействие 200 MIPS и 25 MFLOPS (среднее быстродействие превышает 70 MIPS и 15 MFLOPS). Задержки в разработке транспьютера Т9000 позволили конкурентам вырваться вперед.
Одноплатные системы
     Один из первых одноплатных ускорителей - IMS В004 - был разработан и выпущен фирмой INMOS, создателем транспьютерных элементов. Этот ускоритель представляет собой стандартную плату расширения IBM PC (XT или AT) и включает один 32-разрядный транспьютер Т414 или Т800 и 2-Мбайт динамическое ОЗУ. Если расс-мзтриватв транспьютер как мощный центральный процессор, то ПК по отношению к нему становится устройством ввода-вывода. Разрабатывая плату В004, фирма INMOS преследовала по крайней мере две цели.
     Во-первых, сделать встроенный одноплатный ускоритель для ПК наиболее популярных типов. Согласно некоторым оценкам, плата позволяет при выполнении определенных задач увеличить скорость машины в 60 раз, причем сохраняется дружественный пользовательский интерфейс. Пользователь продолжает работать в хорошо знакомой ему среде MS-DOS и применяет привычное программное обеспечение (языки СИ, Фортран, Паскаль, текстовые редакторы, интегрированные пакеты типа Lotus 1-2-3 и т.д.).
     Во-вторых, предложить для ПК инструментальную систему разработки и отладки транспьютерных программ, включающую различные компиляторы с параллельных языков программирования, загрузчики, компоновщики, отладчики и ряд вспомогательных программ.
     Вслед за INMOS транспьютерные платы-ускорители для IBM-совместимых ПК начали выпускать и другие фирмы. Особым успехом пользовалась аналогичная IMS В004 - однотранспьютерная плата американской фирмы MicroWay, получившая название Monoputer. Благодаря удачным техническим решениям её цена была в два раза ниже первоначальной цены В004. Были разработаны также однотранспьютерные платы-ускорители для ПК Macintosh и IBM PS/2.
     Повышение эффективности работы транспьютерных ускорителей шло по пути увеличения числа элементов и соединения их в транспьютерную сеть. Это делалось либо посредством установки в один ПК нескольких однотранспьютерных плат, связанных между собой в сеть нужной структуры, либо посредством увеличения числа транспьютеров, размещаемых на одной плате, что стало возможным за счет уплотнения её "начинки" при применении схем большей степени интеграции, в частности, более емких элементов памяти. В последнем случае всего лишь одной платы достаточно для построения сети транспьютерных элементов, а применение нескольких подобных плат ещё более увеличивает размеры и мощность сети.      Уже в первом ускорителе IMS В004 была заложена возможность включения его в транспьютерную сеть. Линки расположенных на платах В004 транспьютеров выведены на специальные внутренние разъемы. Помещая указанные платы в свободные гнезда расширения ПК и связывая их специальными кабелями-перемычками, можно получить машину со встроенной сетью транспьютеров.
На разъемы также выводятся управляющие сигналы, что позволяет организовать взаимодействие плат в режиме "ведущий-ведомый".      Фирма MicroWay вслед за платой Monoputer выпустила для IBM-совместимых ПК ускоритель с четырьмя транспьютерами Т414 и ОЗУ объемом в 256 Кбайт на каждый из них. Общий объем оперативной памяти на плате, получившей название Quadroputer, составил 1 Мбайт. Соединение ее элементов показано на рис.2.1. Восемь свободных линков выведены на разъемы, что дает возможность с помощью аналогичных дополнительных плат строить различные сети.
     Похожую на Quadroputer плату разработала и английская фирма Transtech. Она же раньше всех представила на рынок платы для ПК с большим числом транспьютеров. Так, ее плата TSB98-9 содержит девять процессоров Т800 и 9 Мбайт оперативной памяти (по 1Мбайт на включает один ведущий и восемь ведомых процессоров, причем их линки соединяются через координатный коммутатор С004. В результате пользователь может создавать на плате различные конфигурации сети (рис.2.2). Конструктивной особенностью платы является то, что часть лииков выводится на внутренние стандартные разъемы платы (до восьми линков на каждую сторону платы), что облегчает построение различных структур с использованием набора подобных плат. В частности, легко реализуется двухмерная решетка (рис.2.3).
Рис. 2.3
     Плата TSB178-4 той же фирмы содержит рекордное число элементов Т800 (17) и 4 Мбайт ОЗУ. На ней размещены один ведущий процессор, которому принадлежит вся оперативная память, и 16 ведомых процессоров, оснащенных только своей внутренней памятью. Ведущий транспьютер (как и на плате TSB98-9) используется в системе разработки: через него осуществляется взаимодействие сети с ПК. Остальные 16 транспьютеров с помощью коммутатора С004 могут соединяться в сети различной конфигурации.
     Платы расширения IBM-совместимых ПК имеют малую площадь, не позволяющую разместить большое число транспьютеров со значительным объемом оперативной памяти. Поэтому одновременно с платой IMS В004 для ПК фирма INMOS предложила серию одноплатных модулей в конструктиве полной европлаты (233,4*220мм). Это автономный настольный блок размерами 425*330*450мм с автономным питанием. В нем предусмотрены система воздушного охлаждения и 10 посадочных мест для одноплатных модулей.
     Применение транспьютерных ускорителей и специализированных плат позволяет превратить ПК в настольную суперЭВМ, по характеристикам приближающуюся к лучшим современным супермашинам, а по стоимости отличающуюся от них на порядок. Подобный подход применяет германская фирма Parsytec (тел. в Москве: 939-38-90), которая начала свою деятельность с разработки и производства автономного модульного настольного компьютера MultiCluster. Его основной модуль (плата) имеет размеры 100x220мм.
     Для компьютера MultiCluster поставляются процессорные транспьютерные платы, средства ввода-вывода, графические платы и контроллеры внешних накопителей на жестких и гибких дисках.
Гибкие модульные системы
     Мы рассмотрели одноплатные модули-ускорители с фиксированным числом процессоров-транспьютеров и фиксированным объемом ОЗУ на плате. Если первоначально пользователь имел, скажем, плату IMS В004 с одним транспьютером, а затем хотел расширить систему, он мог это сделать только установив в ПК дополнительные платы В004 или, допустим плату Quadroputer фирмы MicroWay, т.е, наращивание системы осуществлялось лишь с помощью отдельных одноплатных модулей. Если же ввести модульное построение системы и в рамках отдельной платы, то будет обеспечена большая конструктивная гибкость. Подобное решение впервые было предложено фирмой INMOS.
     Разработанная ею модульная система состоит из компонентов двух видов: базовых плат со стандартными разъемами и набора размещаемых на этих платах транспьютерных модулей (TRAM-TRAnsputer Modules).
     Фирма INMOS предлагает и одинарные модули с памятью объемом 64 Кбайт (IMS В406), 160 Кбайт (IMS В410), 1Мбайт (IMS В411) и 4Мбайт (IMS В426), различающиеся между собой режимом связи транспьютер-оперативная память, а также двойной модуль IMS В427 с ОЗУ объемом 8 Мбайт,
     Таким образом, на одной базовой плате В008 могут быть размещены десять модулей В401 с 10 транспьютерами Т800 и 320 Кбайт ОЗУ, что позволяет достичь быстродействия 100 MIPS и 15 MFLOPS, четыре В404 с четырьмя транспьютерами Т800 и 8 Мбайт памяти или четыре В427 с четырьмя транспьютерами Т800 и 32 Мбайт памяти.
     Базовая плата IMS ВО 12 формата полней европлаты имеет 16 посадочных мест, два программируемых коммутатора С004 и управляющий ими транспьютер.
     С 16 модулями В401 на базе транспьютера Т800-30 эта плата имеет быстродействие до 160 MIPS и 24 MFLOPS. Десять таких плат в составе системы, подобной ITEM 4000, могут включать до 160 транспьютеров при 5-Мбайт общей памяти, что обеспечивает быстродействие в 1600 MIPS и 240 MFLOPS. При размещении модулей на базовой плате следует учитывать, что они жестко соединены друг с другом в конвейерную цепочку.
     Почти все перечисленные выше разработки рекламируются как некоторые универсальные модульные системы для решения достаточно широкого класса задач. Пользователь с помощью того или иного набора модулей может сам составить специализированную систему, наиболее соответствующую его целям, но это в любом случае является скорее делом пользователя, чем фирмы-разработчика системы.
     В последние время модульные системы получили столь широкое распространение, что большинство фирм, включая и INMOS, прекратили производство одноплатных модулей-ускорителей и перешли на выпуск только базовых плат и модулей TRAM.
     Среди фирм, не поддержавших подобное "увлечение", следует назвать Parsytec, которая продолжает поставлять одноплатные модули, считая их более надежными для реальных приложений.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Поиск

Голосование

Что Вы думаете на счет битрикса?
 

Все материалы раздела