Архитектура Cray-1

Система прерываний в машине Cray-1 построена по образу и подобию таковой, принятой для машин-предшественников семейства CDC, а именно, такая же, как у CDC-7600.

Схемами управления автоматически запоминаются все управляющие и основные операционные регистры прерванной программы при появлении прерывания в область главной памяти, адрес начала которой указан в специальном управляющем регистре. После этого управление автоматически передается программам операционной системы, которые анализируют причину прерывания и при необходимости запоминают в главной памяти содержимое всех групп промежуточных и буферных регистров (В, Т и V). В главной памяти для каждой задачи, идущей в мультипрограммном режиме, выделены массивы, в которых сохраняется вся информация, необходимая для продолжения прерванной программы.

Отметим, что защита памяти и система прерываний организованы так, что значительная доля работы по запоминанию информации для возврата, по организации процесса переключения с одной задачи на другую возлагается на операционную систему. Отсутствие достаточно развитых аппаратных средств динамического перераспределения памяти, упрощенный аппарат преобразования программных адресов в физические (аппаратное базирование) вполне допустимы в машинах, предназначенных для решения крупных научных задач. Этот режим "научных" вычислений характерен сравнительно редким появлением ситуации, требующих переключения с решения одной задачи на другую. Это в свою очередь позволяет по-иному реализовать защиту и прерывания, не заботясь о быстром аппаратном их выполнении.

Здесь хотелось бы еще раз подчеркнуть то влияние на структурную организацию ЭВМ, которое оказывает класс решаемых задач. Интересен способ представления чисел с плавающей запятой, принятый в машине Cray-1. На мантиссу со знаком выделено 49 разрядов. На двоичный порядок выделено 15 разрядов. Тем самым цена младшего разряда 2-48 (~ 10-17), а диапазон представимых чисел приблизительно оценивается величиной 102500. Может показаться на первый взгляд странным увеличение диапазона представимых чисел до таких огромных пределов. Однако для решения некоторых задач линейной алгебры такое расширение диапазона может оказаться необходимым.

Математическое обеспечение машины Cray-1, так же как и у ее предшественников машин фирмы CDC, "фортранно-ориентировано". Это означает, что в качестве основного входного языка выбран фортран, наиболее интенсивно используемый в научных расчетах. Для машины Cray-1 создан специальный оптимизирующий транслятор со стандартного фортрана, учитывающий специфику этой векторной машины. При некоторых условиях, наложенных на программу, данный транслятор обеспечивает конвеерный параллелизм и готовит объектные программы, эффективно использующие эти возможности машины. Ведутся работы над новой версией транслятора, который будет оптимизировать фортранные программы, составленные без каких-либо ограничений.

В состав математического обеспечения входит также макроассемблер CAL (Cray Assembler Language) и библиотека стандартных программ, составленная на этом языке и ориентированная на использование средств параллельных вычислений, присущих данной машине.

Операционная система COS (Cray Operating System) предназначена для режима пакетной обработки и дистанционной пакетной обработки заданий, полученных с удаленных терминалов. Операционная система рассчитана на мультипрограммную обработку одновременно до 63 активных задач. Для обеспечения работы в режиме дистанционного доступа в качестве машины-сателлита вычислительной системы Cray-1 используется минимашина "Eclipse". С этой машиной связаны внешние каналы центрального вычислителя с помощью специальных сопрягающих устройств. На минимашину возлагаются функции управления приемом-передачей информации, управления линиями связи, т. е. функции процессора передачи данных. Фирма Cray разрабатывает для этих целей собственный специализированный микрокомпьютер, который в скором будущем должен заменить минимашину другой фирмы. Машина Cray-1, как уже говорилось, на сегодняшний день считается наиболее быстродействующей в классе универсальных ЭВМ для научных расчетов. Ее производительность сильно зависит от характера решаемых задач. Экспериментальная проверка показала, что она колеблется от 20 до 160 млн. операций в секунду. При выполнении операций с плавающей запятой диапазон ее быстродействия оценивается в пределах от 20 до 60 млн. операций в секунду.

Другое по технологическим наукам

«Весьма яркий белого цвета свет»
Открытие электричества ознаменовало новую эру в истории источников света. Развитие пошло по двум направлениям: одни основывались на свечении электрической дуги, другие – на термическом действии электрического тока. В этой статье речь пойдет о газоразрядных источниках света, к коим относятся дуговы ...