Новосибирский государственный университет Факультет информационных технологий

Словарь терминов в коллекции "Вычислительные системы"

Cray-1

Cray-1 - первый суперкомпьютер компании Cray Research , созданной Сеймуром Крэем .
Пиковая производительность - 133 Мфлопса .

Создание ВС Cray-1 было завершено фирмой Cray Research в 1976 году. Быстродействие системы составляло 160 MFLOPS (16∙10⁷ опер./с при выполнении операций с плавающей запятой над векторами данных и 37 млн опер./с - над скалярами), емкость оперативной памяти 8...64 Мбайт, длина слова данных - 64 двоичных разряда, цена - 5...9 млн долл. Система Cray-1 успешно конкурировала на рынке суперЭВМ вплоть до 1982 года.
Вычислительная система Cray-1 предназначалась для векторной и скалярной обработки данных. Эта система состояла из четырех функциональных подсистем: управления программой, конвейеров, регистров, памяти и ввода-вывода.

Подсистема управления программой ВС Cray-1 наряду со стандартными устройствами и узлами (счетчик команд, средства организации ветвлений, устройство прерывания и т.п.) имела и буферную память для команд.

Подсистема конвейеров - это и есть процессор ВС Cray-1. Он состоял из 12 функционально ориентированных конвейеров, которые подразделялись на четыре группы: для операций над адресами, скалярных операций, операций над числами с плавающей запятой и векторных операций. Конвейеры состояли из сегментов - элементарных блоков обработки (ЭБО). Каждый ЭБО был ориентирован на выполнение своей микрооперации, длительность цикла любого ЭБО составляла 12,5 нс (12,5∙10^–9 с). Каждый конвейер мог выдавать результаты на каждом цикле работы, следовательно, цикл системы - 12,5 нс.
Группа конвейеров для операций над адресами состояла из конвейеров для сложения и умножения целых чисел, причем первый из них имел в своем составе два ЭБО, а второй - шесть ЭБО. Группа конвейеров для скалярных операций была представлена счетчиком (3 ЭБО) и тремя конвейерами: для сложения целых чисел (3 ЭБО), логических операций (1 ЭБО) и сдвига (3 ЭБО). Группа конвейеров для операций с плавающей запятой состояла из конвейеров для сложения, умножения и вычисления обратной величины (6, 7 и 14 ЭБО соответственно). В группу конвейеров для векторных операций входили конвейеры для сложения целых чисел (3 ЭБО), логических операций (2 ЭБО) и сдвига (4 ЭБО). Все конвейеры могли работать одновременно (параллельно). Деление в системе Cray-1 осуществлялось с помощью конвейера вычисления обратной величины.

Подсистема регистров ВС Cray-1 включала следующие основные регистры с программным доступом:
  1) 8 24-разрядных адресных A-регистров;
  2) 64 24-разрядных промежуточных адресных B-регистров;
  3) 8 64-разрядных скалярных S-регистров;
  4) 64 64-разрядных промежуточных скалярных T-регистров;
  5) 8 векторных V-регистров.
Каждый из V-регистров был способен хранить вектор из 64-х 64-разрядных компонентов.Кроме этих пяти групп регистров имелись также: программно доступный регистр, устанавливавший необходимую длину векторов; 64-разрядный регистр маскирования векторов, разряды которого соответствовали элементам векторных регистров; 64-разрядный регистр часов реального времени.
Подсистема регистров ВС Cray-1 - это сверхоперативная память (с циклом 6 нc), обладающая емкостью 4888 байт.
Конвейеры имели доступ (для получения операндов и для записи результатов) только к А-, S- и V-регистрам; B- и T-регистры позволяли повысить скорость скалярной обработки. Скорость передачи для B-, Т- и V-регистров равнялась одному слову за цикл системы, а для A- и S-регистров - одному слову за два цикла. Следовательно, совокупность B-, Т- и V-регистров (как память для кратковременного хранения данных) благоприятно повлияла на производительность системы.

Подсистема памяти и ввода-вывода ВС Cray-1 имела в своем составе оригинально организованную оперативную память. Последняя обладала емкостью 1 М слов и состояла из 16 независимых банков емкостью 64 К слов каждый. В свою очередь, любой банк включал в себя 72 модуля памяти, причем каждый из них предназначался для хранения одного разряда всех слов данного банка. Из 72 разрядов слова 64 служили в качестве рабочего слова (команды или операнда), а остальные 8 разрядов предназначались для исправления одиночных и обнаружения двойных ошибок в рабочем слове. Время цикла одного банка было равно четырем циклам системы, т.е. составляло 50 нс. Однако наличие 16 независимых банков позволило организовать 16-кратное чередование адресов.
Ввод-вывод информации в ВС Cray-1 осуществлялся через 12 входных и 12 выходных каналов, которые обеспечивали суммарную скорость 500 тыс. 64-разрядных слов в секунду.

Система команд Cray-1 содержала 128 основных команд. Команды могли иметь одну или две 16-разрядных части. При формате команды (например, арифметической или логической) в виде одной части 7 разрядов отводились под код операции, по 3 разряда - для адресов двух регистров, в которых хранились два операнда, 3 разряда - для адреса регистра, в который заносился результат. Разряды команды, которые использовались для двух адресов операндов, могли применяться как единое поле команды для адресации V- или T-регистров. Это же поле при формате команд в виде двух частей в совокупности с 16 разрядами второй части использовалось и для адресации основной оперативной памяти.
В целях ускорения выполнения команд была предусмотрена их буферизация при помощи четырех специальных буферов, в каждом из которых могло быть размещено до 64 16-разрядных частей команды. Скорость передачи информации для буферов команд составляла 16 команд за цикл.
Арифметические операции с фиксированной запятой выполнялись над числами форматов 24 или 64 разряда. Для выполнения арифметических операций с плавающей запятой под мантиссу отводились 49 разрядов, а под порядок - 15 разрядов, что обеспечивало представление чисел в диапазоне 10^–2500 до 10⁺²⁵⁰⁰.

Операционная система COS (Cray Operating System) обеспечивала режим пакетной обработки (до 63 задач). Оптимизирующий компилятор CFC (Cray Fortran Compiler) для языка высокого уровня ANSI 66 FORTRAN IV учитывал особенности векторной обработки в системе Cray-1. В программное обеспечение входили также макроассемблер CAL (Cray Assembler Language), библиотека стандартных программ, загрузчик и другие сервисные средства.

Особенность архитектуры ВС Cray-1 состояла в том, что она обладала способностью адаптации к структуре решаемой задачи. Последнее достигалось настройкой (программным формированием) цепочек (макроконвейеров) из произвольного числа конвейеров и с произвольной их последовательностью. В таких макроконвейерах передача информации между соседними конвейерами осуществлялась непосредственно (через регистры), т.е. без пересылок в оперативную память. Следует также подчеркнуть, что в Cray-1 допускалась параллельная работа как конвейеров, так и элементарных блоков обработки в пределах любого конвейера. Система была способна выполнять как скалярные, так и векторные операции, причем одновременно могло выполняться несколько как скалярных, так и векторных операций.

Конструкция ВС Cray-1 уникальна. Система была выполнена в виде 12 клинообразных стоек, имеющих высоту 1,96 м и расположенных по дуге в 270° внутри окружности с диаметром 2,63 м (причем на высоте 0,48 м диаметр окружности уменьшался до 1,44 м). Такой «кольцевой» принцип компоновки конструкции ВС Cray-1 позволил достичь незначительных длин электрических соединений между устройствами и узлами (не более 4 футов (1 фут = 0,3048 м)), следовательно, уменьшить задержки при прохождении сигналов. В системе было применено фреоновое охлаждение.
Комплекс архитектурных, структурных и конструктивных решений позволил в условиях микро-электронной базы начала 1970-х годов достичь в ВС Cray-1 длительности цикла в 12,5 нc и высокого уровня надежности.

Первая поставка системы Cray-1 была осуществлена в Лос-Аламосскую национальную лабораторию (Los Alamos National Laboratory) в 1976 году. Поставленная конфигурация ВС имела память емкостью 1 млн слов, цена поставки - 8,8 млн долл. Фирмой Cray Research было произведено всего 16 систем Cray-1.

Ключевые термины, связанные с термином "cray-1":

1. Cray X-MP

Литература

Дополнительная:

1. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 520 с.

Ссылки на персон:

1. Крэй Сеймур

Ключевые термины:  векторные вычислительные системы;   cray;

Контекстный поиск: Задайте образец для поиска:
    

Федотова Ольга

НГУ ФИТ НГУ ИВТ СО РАН