Матрична комп’ютерна система illiac IV

Матрична комп’ютерна система ILLIAC IV (ILLInois Automated Computer) створена університетом Ілінойса і корпорацією Берроуз (Burroughs Corporation). Вона розроблялася з 1966 і в 1972 система експлуатувалася в Науково-дослідному центрі НАСА (NASA - National Aeronautics and Space Administration - Національне управління аеронавтики і космосу):

- кількість процесорів в системі - 64;

- швидкодія - 2*108 опер./с;

- місткість оперативної пам'яті - 1 Мбайт;

- корисний час складає 80-85% загального часу роботи ILLIAC IV;

- вартість 40 000 000 дол.;

- вага 75 т;

- займана площа 930 м2.

Система ILLIAC IV була включена в обчислювальну мережу ARPA (Advanced Research Projects Agency - Управління перспективних досліджень і розробок Міністерства оборони США) і успішно експлуатувалося до 1981 р (рис.13.8).

 

Рисунок 13.8 – Функціональна структура системи ILLIAC IV

Матрична обчислювальна система ILLIAC IV повинна була складатися з 4 квадрантів (К1-К4), підсистеми введення-виведення інформації, керуючої КС B 6700 (або B 6500), дискової пам'яті (ДП) і архівної пам'яті (АП). Планувалося, що КС забезпечить швидкодію 10⁹ опер./с. У реалізованому варіанті ILLIAC IV містився тільки один квадрант, що забезпечив швидкодію 2*10⁸ опер./с. При цьому ILLIAC IV залишалася самою швидкодіючою обчислювальною системою аж до 80-х років 20 сторіччя.

Квадрант - матричний процесор, що включав пристрій управління і 64 елементарних процесора. Пристрій управління був спеціалізованою ЕОМ, яка використовувалася для виконання операцій над скалярами і формувала потік команд на матрицю ПЕ. Елементарні процесори матриці були пов'язані один з одним. Структура квадранта системи ILLIAC IV представлялася двовимірними гратами, в яких граничні ПЕ були зв'язані по канонічній схемі (циркулянтним графом), що можна зобразити у вигляді плоских грат, де вузли в кожному стовпці замкнуті в кільце, а вузли в послідовних рядах сполучені в замкнуту спіраль. Другий варіант уявлення - хордальне кільце з кроком хорди рівному 4 (рис.13.9).

Кожен ПЕ мав:

- накопичуючий суматор (64 розряди);

- регістр другого операнда (64 розряди);

- регістр передаваної інформації з даного ПЕ в сусідній ПЕ (64 розряди);

- регістр, що використався як тимчасова пам'ять (64 розряди);

- регістр модифікації адресного поля команди (16 розрядів);

- регістр стану даного ПЕ (8 розрядів).

 

Рисунок 13.9 – Структура міжпроцесорних зв'язків в ILLIAC IV

 

ПЕ міг знаходитися в одному з двох станів - активному або пасивному. У першому стані йому дозволялося, а в другому заборонялося виконувати команди, що поступали з пристрою управління. Стан ПЕ задавався за допомогою спеціальних команд. Накопичуючий суматор і всі регістри ПЕ були програмно адресуємі.

Пам'ять кожного ПЕ - 16 Кб. До кожної пам'яті безпосередній доступ мав власний ПЕ. Обмін інформацією між пам’яттями різних ПЕ здійснювався по мережі зв'язку за допомогою спеціальних команд пересилок.

Підсистема введення/виведення складалася з пристрою управління, буферного пристрою, що запам'ятовує, і комутатора. Комплекс цих пристроїв забезпечував обмін інформацією між квадрантами ILLIAC IV і засобами введення/виведення: ЕОМ В 6700, дисковою і архівною пам'яттю, периферійними пристроями, мережею ARPA.

Керуюча КС В 6700 - це мультипроцесорна система корпорації Burroughs, яка могла мати в своєму складі від 1 до 3 центральних процесорів і від 1 до 3 процесорів введення/виведення інформації і володіла швидкодією 1-3 млн. операцій в секунду. Вона використовувалася для реалізації функцій операційної системи (включаючи уведення-виведення інформації, операції по компіляції і компоновці програм, розподіл апаратних ресурсів, виконання службових програм і т.п.).

Дискова пам'ять (ДП) складалася з двох дисків і обрамляючих електронних схем.

Ця пам'ять мала місткість близько 10⁹ біт і була забезпечена двома каналами, по кожному з яких можна було паралельно передавати і приймати інформацію із швидкістю 0,5*10⁹ біт/с. Середній час звернення до диска 20 мс.

Архівна пам'ять (АП) - постійна лазерна пам'ять з одноразовим записом, розроблена фірмою Precision Instrument Company.

У системі ILLIAC IV налічувалося більше 6*10⁶ електронних компонентів. Відмови компонентів або з'єднань могли відбуватися через декілька годин. З цієї причини в систему була включена обширна бібліотека контрольних і діагностичних тестів.

Засоби програмування ILLIAC IV включали мову асемблер (Assembler Language) і три мови високого рівня: Tranquil, Glynpir, FORTRAN. Мови високого рівня через архітектурні особливості ILLIAC IV відрізнялися від відповідних мов ЕОМ в частині розподілу двовимірної пам'яті, операцій над векторами і пересилок даних.