Новосибирский государственный университет Факультет информационных технологий

А.М.Федотов

Словарь-справочник по информатике (онтология информатики)

Cray C90

Система Cray С90 («Cray for the 90s» - ВС для 90-х годов XX в.) была построена в 1991 году, ее максимальное быстродействие достигало 16 GFLOPS. Для формирования данной системы были впервые применены процессоры с быстродействием 1 GFLOPS. Допустимое количество процессоров в конфигурациях ВС - 2, 4, 8 и 16; емкость оперативной памяти - 512 Мбайт...8 Гбайт.
Архитектура ВС Cray С90 в целом относится к классу MIMD; это мультипроцессорная система с общей памятью. В ее состав входят: подсистема процессоров, подсистема межпроцессорных взаимодействий, общая память и подсистема ввода-вывода информации.

Функциональная структура процессора ВС Cray С90 близка к структуре Cray-1 (композиция секции управления, конвейеров, регистров и сети связей). Конвейеры и регистры предназначаются для обработки и хранения данных трех типов: адресов (A- и B-регистры), скалярных операндов (S- и T-регистры) и векторных операндов (V-регистры). Конвейеры подразделяются на четыре группы: адресные, скалярные, векторные и для операций с плавающей запятой. Последняя группа конвейеров предназначается для выполнения как скалярных, так и векторных команд. Общее число конвейеров составляет 14-16. Регистры трех основных наборов (A, S, V) имеют связи как с конвейерами, так и с оперативной памятью. Регистры B и T играют роль буферных для основных A- и S-регистров.
Восемь адресных 32-разрядных A-регистров предназначаются для хранения и вычисления адресов, индексации, указания величины сдвигов и числа итераций циклов и т.д. В Cray С90 64 32-разрядных B-регистров. Восемь скалярных 64-разрядных S-регистров применяются для хранения данных и результатов операций скалярной арифметики; их также можно использовать для хранения элементов векторов данных при векторных вычислениях. В системе 64 64-разрядных T-регистров. Восемь векторных регистров (V-регистры) рассчитаны для хранения 128-компонентных векторов данных, причем каждый компонент представляет собой 64-разрядное слово. Эти регистры используются только для выполнения векторных команд. Наряду с названными имеются также регистр длины вектора (8 разрядов) и регистр маски вектора (128 разрядов). При функционировании процессор способен в каждом такте (каждые 4,1 нс) выдавать результаты двух операций. Если выполняется операция «зацепления» сложения и умножения, то процессор фактически за такт реализует четыре арифметических операции. Следовательно, пиковая производительность процессора достигает почти 1 GFLOPS (10⁹ опер./с).
Подсистема межпроцессорных взаимодействий предназначена для организации и реализации передач данных и управляющей информации между процессорами. Это, по сути, композиция общедоступных регистров, в которой выделены одинаковые кластеры (группы). Каждый кластер содержит 8 32-разрядных общедоступных адресных регистров (SB), 8 64-разрядных общедоступных скалярных регистров (ST) и 32 1-разрядных регистра для однобитовых семафоров.

Оперативная память Cray С90 является общедоступной для всех процессоров и подсистемы ввода-вывода информации. Каждый процессор имеет доступ к памяти через четыре порта, пропускная способность любого порта составляет два слова за один такт (за 4,1 нс). При этом один из портов всегда связан с подсистемой ввода-вывода и, по крайней мере, еще один из портов всегда выделен под операцию записи. Ячейки памяти способны хранить 80-разрядные слова (64 разряда - для хранения операнда и 16 разрядов - для коррекции ошибок).
В максимальной конфигурации память разделена на восемь секций, каждая секция - на восемь подсекций и, наконец, каждая подсекция - на 16 банков. Ячейкам памяти присвоены адреса таким образом, что имеет место их чередование по секциям, подсекциям и банкам. При этом возможны конфликты при одновременном обращении, к какой-либо части памяти из разных портов. Так, при одновременном обращении к одной и той же секции возникает задержка на 1 такт, и при обращениях к одной и той же под¬секции в пределах одной секции задержка варьируется от 1 до 6 тактов. При выборке последовательно расположенных данных или при выборке с любым нечетным шагом конфликтов не возникает.

Подсистема ввода-вывода информации ВС Cray С90 представлена тремя типами каналов, которые различаются по скорости передачи:
  • низкоскоростные каналы - 6 Мбайт/с;
  • высокоскоростные каналы - 200 Мбайт/с;
  • сверхскоростные каналы - 1800 Мбайт/с.

Архитектурные особенности системы Cray С90 связаны прежде всего с тем, что эта ВС по своей производительности относится к диапазону GigaFLOPS (2...16 GFLOPS) и в ней достаточно полно внедрены принципы параллелизма и конвейеризации.
В системе реализованы следующие режимы многопроцессорной обработки: выполнения несколько независимых программ на различных процессорах (Multiprogramming) и одной (параллельной) программы на нескольких процессорах (Multitasking).
Вычислительная система Cray С90 может выполнять векторную обработку информации. При этом скорость обработки возрастает за счет того, что некоторая (арифметическая) операция над двумя векторами данных (т.е. над двумя одномерными массивами данных) выполняется одной командой. Скорость выполнения операций в векторном режиме приблизительно в 10 раз выше скорости скалярной обработки.
Архитектура ВС Cray С90 допускает реализацию режима зацепления конвейеров (или векторных операций). Это означает, что результаты, вычисляемые одним конвейером, могут передаваться на вход другого. Точнее, в данной ВС допустимо использовать регистр, в который занесен результат векторной операции, в качестве входного регистра для конвейера, в котором будет выполняться последующая векторная операция. Вообще говоря, глубина зацепления может быть достаточно большой, например, может быть осуществлено зацепление операций в такой последовательности: чтение, сложение, умножение и запись векторов данных.Векторные операции, реализуемые на различных конвейерах и использующие различные регистры, могут выполняться параллельно. Допустимо также параллельное выполнение скалярных операций на независимых конвейерах.
Для архитектуры ВС Cray С90 характерна конвейеризация всех основных команд, выполняемых процессором, обращения к памяти, обработки команд и выполнения операций.

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.

Ключевые термины (головные):  Cray;   Параллельные векторные системы;

Контекстный поиск: Задайте образец для поиска:

Федотов Анатолий Михайлович

НГУ ФИТ НГУ ИВТ СО РАН