Многопроцессорная вычислительная система ПС-3000 |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2024-07-30 12:37 Научный руководитель: Прангишвили И. В., генеральный конструктор Резанов В. В.; ответственные исполнители: Игнатущенко В. В., Трахтенгерц Э. А. (ИПУ), Борисенко В. М., Щербаков Е. В. (НИИУВМ). Организации-разработчики: • Институт проблем управления Минприбора и АН СССР, • НИИ управляющих вычислительных машин (НПО "Импульс") Минприбора СССР. Завод-изготовитель - Северодонецкий приборостроительный завод Минприбора СССР. Год окончания разработки: 1982. Год начала выпуска - 1984. Год прекращения выпуска - 1987. Области применения: верхний уровень иерархических систем управления сложными технологическими процессами и производствами, прямое цифровое управление сложными объектами в реальном масштабе времени, моделирование сложных объектов и др. Число выпущенных комплексов: 14. Описание комплексов. МВК ПС-3000 относятся к вычислительным системам со многими потоками команд и данных (МКМД). В состав МВК входят: до четырех центральных (скалярных) процессоров (СП); до двух однородных решающих полей (векторных процессоров - ВП), каждое из которых доступно двум СП и состоит из восьми однотипных, автономно и асинхронно функционирующих процессорных элементов (ПЭ); до четырех модулей общей параллельной оперативной памяти (по 4 Мб в каждом); до 16 системных субкомплексов (периферийных процессоров - ПП). Все ЦП и ПП имеют прямой доступ ко всей оперативной памяти. Все процессоры и решающие поля МВК ПС-3000 могут функционировать одновременно и асинхронно по отношению друг к другу. Скалярный процессор СП реализует функции считывания и обработки программы (задачи или ее фрагмента - ветви) в конвейерном режиме; одновременно на различных стадиях обработки в СП могут находиться до восьми команд. Помимо традиционных функций обработки команд и адресов СП обеспечивает: • выполнение скалярных команд данной программы в специальном процессорном элементе, имеющемся в каждом СП; • выполнение всех команд управления; • передачу векторных команд и данных в ВП и прием результатов; • обработку прерываний данной программы; • выполнение части функций операционной системы (с использованием аппаратурной и микропрограммной поддержки) по переключению задач и их ветвей. Каждый векторный процессор ВП и соответственно каждый его ПЭ доступен двум скалярным процессорам, между которыми динамически перераспределяются вычислительные ресурсы ВП (аппаратурными средствами) непосредственно в ходе вычислительного процесса. Для этого каждый ПЭ снабжен двумя комплектами регистров для хранения команд и данных, поступающих от соответствующих СП через "собственные" магистральные каналы связи. В каждом ПЭ имеется комплект векторных регистров, автономная память микропрограмм, аппаратура конвейеризации вычислений и асинхронных обменов информацией между ВП и связанными с ним скалярными процессорами. Каждый модуль общей оперативной памяти (ОП) состоит из четырех параллельных блоков, работающих в режиме интерливинга. Пропускная способность ОП, состоящей из четырех модулей по четыре блока в каждом, достигает в режиме чтения 100 Мб/c. Обмен информацией между оперативной памятью и центральными процессорами осуществляется через специальный коммутатор - внутрисистемный интерфейс (ВИ), который содержит автономные радиальные каналы связи между каждым модулем ОП и каждым СП и организован по принципу распределенной буферной памяти: буферная память для заявок от данного СП равномерно распределена по всем модулям ОП, а буферная память каждого модуля ОП оказывается равномерно распределенной на автономные секции между центральными процессорами. Такая организация ВИ обеспечивает: резкое уменьшение числа конфликтов в системе коммутации и повышение ее пропускной способности по сравнению с традиционными радиальными коммутаторами; полную децентрализацию управления пересылками между ОП и центральными процессорами, автоматическую локализацию неисправностей в ВИ и ОП; конвейеризацию обменов информацией между ОП и центральными процессорами. Другим важным компонентом системы коммуникаций МВК ПС-3000 являются мультиплексоры ввода-вывода, каждый из которых конструктивно интегрирован с соответствующим центральным процессором, имеет восемь каналов для подключения ПП и обеспечивает обмен данными и управляющей информацией между скалярными процессорами (это активно используется при переключении ветвей задач), между данным ПП и любым модулем ОП, любым СП, любым другим ПП. Общение вычислительного ядра МВК ПС-3000 с внешним миром, в частности с объектами управления, осуществляется через периферийные процессоры ПП - системные субкомплексы. Каждый из них построен на базе процессора СМ 50/60, который совместно с подключенной к нему оперативной памятью (64 Кб) и микропрограммной памятью представляет собой микро-ЭВМ с универсальным интерфейсом ИУС для подключения различных устройств ввода-вывода, терминалов, каналов связи с объектом управления. Введением того или иного набора микропрограмм системные субкомплексы функционально ориентируются на различные типы системных применений. Развитая система команд МВК ПС-3000 включает команды управления созданием и объединением фрагментов (ветвей) задачи, широкий спектр команд работы с векторными операндами с использованием масок, команды обработки логической информации (8- и 32-разрядных логических кодов и векторов кодов), чисел с фиксированной запятой (8-, 16- и 32-разрядных) и с плавающей запятой (32- и 64-разрядных), широкий набор команд адресной арифметики, пересылок, преобразования форматов, различные привилегированные команды и пр. Архитектура МВК характеризуется также представительным набором средств адресации к памяти, включающим непосредственную адресацию, прямую, относительную, многоуровневую, косвенную, индексацию и автоиндексацию с заданным шагом, а также сочетания этих способов адресации. Для размещения операндов и их адресов в центральном процессоре предусмотрены 24 скалярных 64- и 32-разрядных регистров общего назначения, 256-разрядные регистры векторных масок, а также ряд других регистров - для хранения состояния системы, состояния программы, масок прерываний, режимов отладки и пр. В каждом векторном процессоре предусмотрено восемь 32-элементных векторных регистров (V-регистров). Каждый элемент V-регистра - 64-разрядный. Эти восемь V-регистров могут также использоваться в программах как четыре 64-разрядных регистра, как два 128-элементных регистра, как один 256-элементный регистр. Организация памяти - сегментная. Для адресации операндов и команд внутри задачи используется 28-разрядный виртуальный адрес, определяющий номер сегмента (непрерывную область памяти, в которой скомпонованы или только программы, или только данные, или программы и данные одной задачи) и адрес внутри сегмента. Минимальной адресуемой единицей памяти является байт. Максимальный размер сегмента - 1 Мб, максимальное число сегментов, предоставляемых одной задаче, - 255, т. е. максимальное адресное пространство, предоставляемое одной задаче, составляет 255 Мб. Элементная база Серийные ИМС средней степени интеграции серии К531 (с диодами Шоттки), ОЗУ - серии К565 РУ5 и РУ6. Конструкция Устройства МКВ ПС-3000 реализованы на базе унифицированных конструкций СМ ЭВМ, блоки элементов - на основе печатных плат типа Е2 (233х220 мм), число ИМС на плате Е2 - 54 шт. Технология производства и изготовления. Платы четырехслойные по 4 классу, материал - гальваностойкий стеклотекстолит СФ или стеклопластик СТЭК толщиной 1,5 мм, с шагом координатной сетки 1,25 мм. Изготовление - с использованием автоматизированных процессов литья, штамповки, монтажа радиоэлементов. Программное обеспечение. Программное обеспечение МВК ПС-3000 включает одну из версий операционной системы Unix, собственную многофункциональную операционную систему ОС ПС-3000, средства программирования на языках Макроассемблер, Паскаль, Фортран-77, Си (разработана также первая очередь системы программирования на базе языка Ада), библиотеки и пакеты прикладных программ. Основные особенности операционной системы ОС ПС-3000: • инициация и завершение параллельно выполняемых процессов пользователей с аппаратурной поддержкой этих функций, сокращающей временные потери на запуск и останов процессов и повышающей реактивность системы при управлении параллельными процессами; • каждый процесс может создать один или несколько новых процессов, которые могут выполняться параллельно с исходным процессом (разумеется, при наличии соответствующих вычислительных ресурсов); новые процессы, в свою очередь, могут создавать другие процессы и т. д.; • управление параллельно выполняемыми процессами пользователей и, в частности, синхронизация; • часть функций ОС ПС-3000 реализуется на периферийных процессорах СМ 50/60 (функции супервизора ввода-вывода, обработка прерываний от схем контроля всех процессоров, в том числе центральных, и пр.). • Макроассемблер обеспечивает максимальное использование средств и возможностей МВК ПС-3000 и в то же время предлагает многие свойства языков высокого уровня (в частности, блочную структуру). Компилирующая система на базе языка Фортран-77 обеспечивает компиляцию и отладку программ на уровне входного языка Фортран-77 (ANSI X 3.9-1978), расширенного средствами организации параллельных векторных вычислений, асинхронного распараллеливания задач на отдельные ветви вычислений, а также средствами взаимодействия между ними. Имеются также средства автоматического распараллеливания и оптимизации результирующих программ, написанных на стандартных языках Фортран-77 и Фортран-4. Подготовка программ может осуществляться как на МВК ПС-3000, так и на инструментальных вычислительных комплексах СМ-2 или СМ-2М. Первая очередь прикладного ПО МВК ПС-3000 включает в себя: • библиотеку программ реализации стандартных численных методов - программ алгебры (матричная арифметика, решение систем линейных уравнений, обращение матриц, нахождение собственных значений матриц и пр.), программ линейного и целочисленного программирования и пр.; • пакет программ для создания реляционных БД, поддержанный операционной системой ОС ПС-3000; • пакет программ углубленной обработки геофизической информации (программ решения задачи трехмерной миграции, вычислений и ввода кинематических поправок и др.); • пакеты программ управления взаимодействием процессов на верхних уровнях управления сложными объектами типа ядерных реакторов и пр. Технико-эксплуатационные характеристики МВК ПС-3000. Максимальная суммарная производительность в максимальной комплектации, млн. операций/с: • скалярных процессоров - 48 • векторных процессоров – 20 • вычислителей на базе ПС-2000 (в качестве системных субкомплексов) - 400 Концептуальные особенности МВК ПС-3000 Основными архитектурными и структурными принципами организации МВК ПС-3000 являются: • динамическая перестраиваемость его структуры по текущим требованиям параллельных вычислительных процессов; • распараллеливание вычислительных процессов на уровнях задач, параллельных фрагментов (ветвей) каждой задачи, параллельных скалярных и векторных команд каждой ветви; • децентрализация и аппаратурная поддержка управления вычислениями на уровнях команд и ветвей. Под перестраиваемостью программных и аппаратурных средств МВК ПС-3000 понимается его способность к динамическому перераспределению параллельных ресурсов каждого типа (памяти, центральных процессоров, однородных решающих полей из однотипных процессорных элементов, системных субкомплексов - периферийных процессоров) между задачами, и/или их параллельными ветвями, и/или параллельными командами ветвей, - перераспределению, осуществляемому операционной системой или аппаратурными средствами по указаниям в программе или автоматически (путем анализа процесса выполнения программ) в соответствии с текущими, заранее непредсказуемыми требованиями задач, их фрагментов и команд на ресурсы. В части организации параллельных вычислений в МВК ПС-3000 разработаны и реализованы новые механизмы распараллеливания вычислительных процессов по ветвям и по командам внутри ветвей. Смысл и назначение разработанного аппарата ветвей заключается в том, чтобы связать с ветвью по возможности меньший объем управляющей информации и системного сервиса, настолько, чтобы оказалась возможной эффективная аппаратурная (микропрограммная) реализация этих процедур с минимальным участием операционной системы, а в конечном счете - существенно уменьшить затраты времени на управление ветвями и их переключение. В организации параллельных вычислений на уровне скалярных и векторных команд каждой ветви применяются два взаимосвязанных механизма: нетрадиционный аппарат векторных операторов, поддержанный аппаратурно и позволяющий вычислять сложные арифметические выражения над векторными операндами без обращения к оперативной памяти за промежуточными результатами вычислений, с использованием циклов и условных переходов по векторам признаков; глубокая конвейеризация обработки программы ветви с динамическим анализом готовности скалярных и векторных команд к выполнению (реализация элементов потоковой обработки данных - data flow). Другие принципы построения МВС серии ПС, широко реализуемые и в современных многопроцессорных вычислительных комплексах: • иерархия управления вычислительными процессами, децентрализация управления вычислениями и обменами информацией; • модульность и регулярность структуры системы; • использование специальных программных и аппаратных средств распараллеливания и конвейеризации как вычислений, так и управления ими. Принципиально важно, что по производительности комплексы ПС-3000 были соизмеримы с самыми мощными отечественными вычислительными системами класса МКМД, - и это при том, что МВК серии ПС создавались на стандартной серийной элементной и конструкторской базе общего применения (без использования каких-либо новых технологий и заказных БИС), но поэтому они имели наилучшие соотношения производительность/ стоимость среди отечественных МВС того же класса. Литература 1. А. с. 1168960 (CCCP). Многопроцессорная вычислительная система. Прангишвили И.В., Резанов В.В., Игнатущенко В.В. и др. Опубл. в Б. И., 1985, № 27. Приоритет от 21.12.1982. 2. Трапезников В. А., Прангишвили И. В., Новохатний А. А., Резанов В. В. Многопроцессорный УВК с перестраиваемой структурой типа ПС-3000. Приборы и системы управления, 1984, № 1, с. 3-5. 3. Игнатущенко В. В. Организация структур управляющих многопроцессорных вычислительных систем. М.: Энергоатомиздат, 1984. 184 с. 4. Структурная организация и программное обеспечение многопроцессорных вычислительных комплексов с перестраиваемой структурой ПС-3000. Сб. трудов. М.: ЦПУ, 1987. 52 с. Авторы статьи: Прангишвили Ивери Варламович, Игнатущенко Владислав Валентинович, Трахтенгерц Эдуард Анатольевич На фото: общий вид МВС ПС-3000 Источник: vk.com Комментарии: |
|