История возникновения параллелизма в архитектуре ЭВМ

Главная Форумы Программирование Архитектура ЭВМ и систем История возникновения параллелизма в архитектуре ЭВМ

В этой теме 0 ответов, 1 участник, последнее обновление  Васильев Владимир Сергеевич 5 мес., 2 нед. назад.

  • Автор
    Сообщения
  • #3870

    Эволюция параллельных компьютеров

    На сегодняшний день параллелизм в архитектуре компьютеров используется довольно обширно, так для всех современных микропроцессоров характерно использование той или иной параллельной обработки. Это преподносится как последнее слово техники и науки, и это действительно так, если рассматривать реализацию данных принципов в
    миниатюрных рамках одного кристалла.

    Вместе с тем, зарождение самих идей появилось довольно давно. Изначально они внедрялись в единичных, самых передовых компьютерах своего времени. Затем, вслед за изменением технологии и удешевлением производства, они стали использоваться и в компьютерах среднего класса. На сегодняшний же день параллелизм в полном объеме воплощен в персональных компьютерах и в рабочих станциях. Рассмотрим исторические тенденции нововведений.

    IBM 701 (1953), IBM 704 (1955) : разрядно-параллельная память, разрядно-параллельная арифметика. Все самые первые компьютеры (UNIVAC, EDSAC, EDVAC) имели разрядно-последовательную память, считывание слов из которой осуществлялось бит за битом.

    IBM 709 (1958): независимые процессоры ввода/вывода. Управление ввода/вывода было под контролем самих процессоров. Но, в то время самое быстрое внешнее устройство, магнитная лента, работало со скоростью в 1000 раз меньше скорости процессора, по этому процессор во операций ввода/вывода фактически простаивал. В 1958 г после того, как к IBM 704 присоединили 6 независимых процессоров ввода/вывода, которые могли бы после получения команд работать вместе с основным процессором, компьютер переименовали в IBM 709. Это была весьма популярная модель, было продано порядка 400 экземпляров, последний из которых был выключен в 1975 году.

    IBM STRETCH (1961): расслоение памяти, опережающий просмотр вперед. В 1956 году был подписан контракт между IBM и Лос-Аламосской научной лабораторией на разработку компьютера STRETCH, у которого имелось бы две принципиально важные особенности: расслоение памяти на два банка для согласования низкой скорости выборки из памяти и скорости
    выполнения операций, опережающий просмотр вперед для выборки команд.

    ATLAS (1963): конвейер команд. В машине ATLAS, разработанной в Манчестерском университете, был впервые выполнен конвейерный принцип выполнения команд. Выполнение команд заключалось в операнда, выборка 4 стадиях: выборка команды, вычисление адреса операнда и выполнение операции. В результате конвейеризации время выполнения команд сократилось 6 мкс до 1,6 мкс. ATLAS оказал неизгладимое влияние на архитектуру ЭВМ, и на само программное обеспечение: мультипрограммная ОС, в нем впервые была использована мультипрограммная ОС, которая основывалась на использована виртуальной памяти и системы прерываний.

    CDC 6600 (1964): независимые функциональные устройства. Фирма Control Data Corporation (CDC) совместно с ее основателем, Сеймуром Р. Крэем (Seymour R.Cray) выпустила компьютер CDC-6600, являющийся первым компьютером, который задействовал сразу несколько независимых функциональных устройств. Машина пользовалась огромным успехом на научном уровне и активно вытесняла машины фирмы IBM.

    CDC 7600 (1969): конвейерные независимые функциональные устройства. CDC выпускает компьютер CDC-7600, имеющий восемь независимых конвейерных функциональных устройств – конвейерной обработки.

    ILLIAC IV (1974): матричные процессоры. Проект: 256 процессорных элементов (ПЭ) = 4 квадранта по 64 ПЭ,
    возможность реконфигурации: 2 квадранта по 128 ПЭ или 1 квадрант из 256 ПЭ, такт 40 нс, производительность – 1 Г флоп; Работа началась в 1967 году, и к концу 1971 г. была изготовлена система из 1 квадранта, в 1974 г. она была введена в эксплуатацию; доводка велась о 1975 г; Центральная часть: устройство управления (УУ) + матрица из 64 ПЭ; УУ – это простая ЭВМ, обладающая небольшой производительностью, управляющая матрицей ПЭ; все ПЭ матрицы работали в синхронном режиме, в каждый момент времени выполнялась одна и та же команда, поступившая от УУ; ПЭ имел собственное АЛУ с полным набором команд, ОП – цикл памяти – 350 нс, каждый ПЭ имел непосредственный доступ только к своей ОП;

    Сеть пересылки данных: двумерный тор со сдвигом на 1 по границе по горизонтали. CRAY 1 (1976): векторно-конвейерные процессоры. В 1972 г. С. Крэй покидает CDC и основывает свою компанию Cray Research, которая в 1976 г. выпускает первый векторно-конвейерный компьютер CRAY-1 со следующими характеристиками: оперативная память до 1 Мслова (слово – 64 разряда), цикл памяти – 50 нс, время такта – 12,5 нс, 12 конвейерных функциональных устройств, пиковая производительность – 160 млн операций/сек. Главное новшество заключалось во внедрении векторных команд, которые работали с целыми массивами независимых данных и позволяли эффективно использовать конвейерные функциональные устройства.

    Иерархия памяти.

    Как такового прямого отношения к параллелизму иерархия памяти не имеет, но она относится к особенностям архитектуры компьютеров, имеющих большое значение для повышения их производительности (сглаживается разница между скоростью работы процессора и временем выборки памяти). Основные уровни: оперативная память, дисковая память, регистры, кэш-память. Время выборки по уровням памяти уменьшается от дисковой к регистрам, стоимость в пересчете на 1 слово (байт) растет. Подобная иерархия поддерживается сегодняшнего времени.

    Литература

    1. Барский А.Б. Параллельные информационные технологии: Учебное пособие/А.Б. Барский.-М.: Интернет-университет информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.-503 с.: ил.,таб.-(серия «Основы информационных технологий»)- с.20-28, с.56-58.
    2. Лацис А.О. Параллельная обработка данных. М.: Академия, 2010. — 336 с.

Для ответа в этой теме необходимо авторизоваться.