TI Advanced Scientific Computer - TI Advanced Scientific Computer

В Передовой научный компьютер (ASC) это суперкомпьютер разработан и изготовлен Инструменты Техаса (TI) между 1966 и 1973 годами.[1] ASC центральное процессорное устройство (CPU) поддерживается векторная обработка, метод повышения производительности, который был ключом к его высокой производительности. ASC вместе с Корпорация Control Data ЗВЕЗДА-100 суперкомпьютер (который был представлен в том же году) был первым компьютером с функцией векторной обработки. Однако потенциал этой техники не был полностью реализован ни ASC, ни STAR-100 из-за недостаточного понимания техники; это было Cray Research Крей-1 объявленный в 1975 году суперкомпьютер, который полностью реализует и популяризирует векторную обработку. Более успешная реализация векторной обработки в Cray-1 разграничит ASC (и STAR-100) как векторные процессоры первого поколения, а Cray-1 - во втором.

История

TI начиналась как подразделение Geophysical Service Incorporated (GSI), компания, которая выполнила сейсмический опросы для разведка нефти компании. GSI теперь была дочерней компанией TI, и TI хотела применить новейшие компьютерные технологии для обработки и анализа наборов сейсмических данных. Проект ASC стартовал как Продвинутый сейсмический компьютер. По мере развития проекта TI решила расширить его масштабы. «Сейсмический» был заменен на «Научный» в названии, что позволило проекту сохранить обозначение ASC.

Первоначально программное обеспечение, включая Операционная система и FORTRAN компилятор, были выполнены по контракту Компания по использованию компьютеров под руководством Джорджа Р. Тримбла-младшего.[2][3]но позже перешла к самой TI. Южный методистский университет в Далласе разработал компилятор АЛГОЛА для ASC.

Архитектура

ASC был основан на одной высокоскоростной разделяемой памяти, к которой обращались ЦП и восемь Канал ввода / вывода контроллеры, в организации, подобной Сеймур Крей новаторский CDC 6600. Доступ к памяти осуществлялся исключительно под управлением блока управления памятью (MCU). MCU представлял собой двустороннюю параллельную сеть с 256 битами на канал, которая могла поддерживать до восьми независимых процессоров, с девятым каналом для доступа к «основной памяти» (называемой «расширенной памятью»). MCU также действовал как тайник контроллер, обеспечивающий высокоскоростной доступ к полупроводник -основная память для восьми процессорных портов и обработка всех коммуникаций с 24-битным адресным пространством в основной памяти. MCU был разработан для работы в асинхронном режиме, что позволяет ему работать с различными скоростями и масштабированием по ряду точек производительности. Например, основная память может быть построена из более медленных, но менее дорогих основная память, хотя на практике это не применялось. При максимальной скорости он мог поддерживать скорость передачи 80 миллионов 32-битных слов в секунду на порт, при общей скорости передачи 640 миллионов слов в секунду. Это было далеко за пределами возможностей даже самых быстрых воспоминаний той эпохи.

ЦП имел тактовую частоту 60 нс (тактовая частота 16,67 МГц), а его логика была построена на 20Ворота эмиттерная логика интегральные схемы изначально разработан TI для ИЛЛИАК IV суперкомпьютер. ЦП имел чрезвычайно продвинутую архитектуру и организацию для своего времени, поддерживая микрокодированный арифметические и математические инструкции, работающие со скалярами, векторами или матрицами. Средства векторной обработки имели архитектуру «память-память»; где векторные операнды были прочитаны из памяти, а результирующий вектор записан в память. ЦП может иметь одну, две или четыре векторных дорожки, позволяя ЦП выдавать от одного до четырех векторных результатов за каждый цикл, в зависимости от количества установленных векторных полос. Векторные дорожки также использовались для скалярных инструкций, и каждая дорожка могла содержать до 12 скалярных инструкций в полете одновременно. ЦП с четырьмя полосами позволял выполнять до 36 инструкций во всем ЦП.

У процессора было сорок восемь 32-битных регистров, огромное количество для того времени. 16 регистров использовались для адресации, 16 - для скалярных операций, 8 - для смещения индекса и 8 - для определения различных параметров векторных инструкций. Данные перемещались между регистрами и памятью с помощью инструкций загрузки / сохранения, которые могли передавать от 4 до 64 бит (два регистра) за раз.

Наиболее векторные процессоры имели тенденцию к ограничению пропускной способности памяти, то есть они могли обрабатывать данные быстрее, чем получать их из памяти. Это остается серьезной проблемой и для современных конструкций SIMD, поэтому значительные усилия были приложены к увеличению пропускной способности памяти в современных компьютерных конструкциях (хотя в значительной степени безуспешно). В ASC это было несколько улучшено с помощью модуля просмотра вперед, который предсказывал предстоящие обращения к памяти и невидимо загружал их в скалярные регистры, используя интерфейс памяти в ЦП, называемый блоком буфера памяти (MBU).

«Периферийный процессор» был отдельной системой, полностью предназначенной для быстрой работы Операционная система и программы, работающие в нем, а также передающие данные в ЦП. PP был построен из восьми «виртуальных процессоров» (VP), которые были разработаны только для обработки инструкций и базовой целочисленной арифметики. У каждого VP был свой счетчик команд и регистры, и таким образом система могла запускать восемь программ одновременно, ограничиваясь только доступом к памяти. Поддержание восьми запущенных программ позволило системе перетасовать выполнение программ на ЦП в зависимости от того, какие данные были доступны на шине памяти в то время, минимизируя «мертвое время», когда ЦП должен был ждать данных из памяти.

PP также включал набор из шестидесяти четырех 32-битных регистров связи (CR). CR хранят состояние, необходимое для связи между различными частями ASC: CPU, VP и контроллеры каналов.

В набор инструкций ASC входит инструкция побитового обратного преобразования, предназначенная для ускорения вычисления быстрые преобразования Фурье (БПФ). К тому времени, когда ASC был в производстве, были разработаны более совершенные алгоритмы БПФ, которые не требовали этой операции. TI предложила награду первому, кто придумал правильное использование этой инструкции, но так и не была получена.

Рыночный прием

Когда машины ASC впервые стали доступны в начале 1970-х годов, они превосходили почти все другие машины, включая CDC STAR-100, и при определенных условиях соответствовал разово ИЛЛИАК IV. Однако, когда Крей-1 был анонсирован в 1975 году. Cray-1 посвятил почти всю свою конструкцию устойчивому высокоскоростному доступу к памяти,[требуется разъяснение ][нужна цитата ] включая более миллиона 64-битных слов полупроводниковой памяти и время цикла, которое в пять раз меньше, чем у ASC (12,5 нс). Хотя ASC в некотором смысле был более расширяемой конструкцией, на рынке суперкомпьютеров предпочтение отдается скорости,[требуется разъяснение ] а Cray-1 был намного быстрее. Продажи ASC закончились почти в одночасье, и хотя модернизированный ASC был разработан с временем цикла в пять раз меньше оригинального, Texas Instruments решила уйти с рынка.

Приложения для векторной обработки

Прототип ASC # 1 представлял собой однотрубную систему и был доставлен в Остин, штат Техас, за пределы основного завода TI по ​​причинам, связанным с конфиденциальной информацией. Позже он был модернизирован до двух труб и переименован в ASC # 1A. Затем он был использован отделением GSI компании TI для обработки сейсмических данных. ASC # 2 был передан в аренду Shell Oil Company в Нидерландах и также использовался для обработки сейсмических данных. ASC # 3 был установлен в Redstone Arsenal в Хантсвилле, штат Алабама, для разработки технологии перехвата баллистических ракет. С Договор ОСВ система была позже передана в Инженерный корпус армии в Виксбурге, штат Миссисипи, для анализа напряжений плотины. ASC # 4 использовалось NOAA в Принстонском университете для разработки моделей прогнозирования погоды. Системы ASC # 5 и # 6 были установлены на главной завод в Остине, который также использовался GSI для обработки сейсмических данных. ASC # 7 отправился в Военно-морскую исследовательскую лабораторию в Вашингтоне, округ Колумбия.[4] для исследований физики плазмы.

Рекомендации

  1. ^ Электроника. Издательство McGraw-Hill. 1973. с. 36.
  2. ^ Джордж Р. Тримбл младший (24 июня 2005 г.). "История CUC". Музей истории компьютеров. Получено 30 мая, 2010.
  3. ^ Джордж Р. Тримбл младший (лето 2001 г.). «Краткая история вычислительной техники. Воспоминания о жизни на грани». IEEE Annals of the History of Computing. Компьютерное общество IEEE. 23 (3): 44–59. Дои:10.1109/85.948905.
  4. ^ http://bitsavers.org/pdf/ti/asc/ASC_6.jpg
  • Питер М. Когге (1981). Архитектура конвейерных компьютеров. Тейлор и Фрэнсис. С. 159–162.

внешняя ссылка