КДЦ 7600
| КДЦ 7600 | |
|---|---|
 3D-рендеринг с фигурой в качестве масштаба | |
| Дизайн | |
| Производитель | Корпорация Control Data |
| Дизайнер | Сеймур Крэй |
| Дата выпуска | Июнь 1967 г. [1] |
| Продано единиц | +75 [2] |
| Цена | $62 - $155 тысяч (ежемесячная арендная плата в 1968 году) [1] |
| Корпус | |
| Размеры | Рост: 188 см (74 дюйма) Ширина: 302 см (119 дюймов) [3] |
| Власть | 95 кВт [3] @ 208 В 400 Гц [3] |
| Система | |
| Операционная система | Чиппева , СФЕРА , КРОНОС |
| Процессор | 60-битный процессор @ 36 МГц [4] |
| Память | 3,84 Мегабайта (до 512 000 60-битных слов) [4] |
| МИПС | 15 миль в секунду |
| ФЛОПС | 36 МФЛОПС [5] |
| Предшественник | КДЦ 6600 |
| Преемник | CDC Кибер |
CDC 7600 был разработан Сеймуром Креем как преемник CDC 6600 , расширяя Control Data доминирование в области суперкомпьютеров до 1970-х годов. [6] 7600 работал на частоте 36,4 МГц (тактовый цикл 27,5 нс) и имел первичную память емкостью 65 килослов (с размером слова 60 бит) с использованием магнитного сердечника и вторичную память переменного размера (до 512 кслов) (в зависимости от места установки). Обычно он был примерно в десять раз быстрее, чем CDC 6600, и мог обеспечить производительность около 10 MFLOPS для кода, скомпилированного вручную, с пиковой производительностью 36 MFLOPS. [7] Кроме того, в тестах производительности в начале 1970 года было показано, что он немного быстрее своего конкурента IBM , IBM System/360 , Model 195. [8] Когда система была выпущена в 1967 году, ее базовая конфигурация продавалась примерно за 5 миллионов долларов. [9] и значительно больше по мере добавления опций и функций.
Среди примечательных достижений 7600, помимо обширной конвейерной обработки , была физическая C-образная форма, которая одновременно уменьшила площадь помещения и значительно [10] повышение производительности за счет уменьшения расстояния, которое необходимо пройти сигналам. [11]
Дизайн
[ редактировать ]
CDC 7600, серийный номер 1. На этом изображении показаны две стороны C-образного шасси.
CDC 7600 с масштабированием
3D-рендеринг полного обзора двух CDC 7600
Когда 6600 приблизился к уровню производства, Крэй потерял к нему интерес и занялся разработкой его замены. В конце 1960-х сделать машину «немного» быстрее не было бы слишком сложно; внедрение интегральных схем позволило более плотную упаковку компонентов и, в свою очередь, более высокую тактовую частоту. Транзисторы в целом также становились несколько быстрее. [12] по мере улучшения производственных процессов и качества. Можно было бы ожидать, что такого рода усовершенствования сделают машину быстрее в два раза, а возможно, и в пять раз. Однако, как и в случае с 6600, Крэй поставил перед собой цель создать машину с десятикратной производительностью.
Одна из причин, по которой 6600 был намного быстрее своих современников, заключалась в том, что он имел несколько функциональных блоков, которые могли работать параллельно. [13] Например, машина могла складывать два числа и одновременно умножать два других. Однако любая данная инструкция должна была завершить свой путь через устройство, прежде чем в нее можно было передать следующую, что приводило к возникновению узкого места, когда в системе планировщика заканчивались инструкции. Добавление большего количества функциональных блоков не улучшит производительность, если планировщик также не будет значительно улучшен, особенно с точки зрения предоставления ему большего объема памяти, чтобы он мог просматривать больше инструкций в поисках тех, которые можно было бы передать в параллельные блоки. Это оказалось серьезной проблемой.
Чтобы решить эту проблему, Крэй обратился к концепции конвейера команд . Каждый функциональный блок состоял из нескольких секций, которые работали поочередно, например, блок сложения мог иметь схему, предназначенную для извлечения операндов из памяти, затем собственно математический блок и, наконец, еще один для отправки результатов обратно в память. В любой момент времени активна была только одна часть отряда, а остальные ждали своей очереди. Конвейер улучшает эту ситуацию, вводя следующую инструкцию до завершения первой, используя это время простоя. Например, пока одна инструкция складывается, могут быть выбраны операнды для следующей инструкции сложения. Таким образом, как только текущая инструкция завершится и перейдет к выходной схеме, операнды для следующего сложения уже ожидают добавления. Таким образом, каждый функциональный блок работает «параллельно». [14] как и машина в целом. Улучшение производительности обычно зависит от количества шагов, которые выполняет устройство. Например, блоку умножения процессора 6600 потребовалось 10 тактов для выполнения инструкции, поэтому при конвейерной обработке блоков можно было ожидать увеличения скорости примерно в 10 раз.
Однако все не так просто. Конвейерная обработка требует, чтобы внутренние компоненты устройства могли быть эффективно разделены до такой степени, что каждый этап операции выполняется на совершенно отдельной схеме. В реальном мире это редко достижимо. Тем не менее, использование конвейерной обработки на 7600 улучшило производительность по сравнению с 6600 примерно в 3 раза. Для достижения остальной цели машине пришлось бы работать с более высокой скоростью, что теперь возможно с использованием новых конструкций транзисторов. Однако существует физический предел производительности из-за времени, необходимого сигналам для перемещения между частями машины, которое, в свою очередь, определяется ее физическим размером. Как всегда, при проектировании Крея были потрачены значительные усилия на решение этой проблемы, что позволило обеспечить более высокие рабочие частоты. В 7600 каждый модуль схемы фактически состоял из шести печатных плат , каждая из которых была заполнена сверхминиатюрными резисторами, диодами и транзисторами. Шесть плат были сложены друг на друга, а затем соединены между собой по краям, образуя очень компактный, но практически не поддающийся ремонту модуль.
Однако та же самая плотная упаковка привела к самой большой проблеме машины – перегреву. По поводу модели 7600 Крей снова обратился к своему инженеру по холодильному оборудованию Дину Роушу, ранее работавшему в компании Amana . Роуш добавил алюминиевую пластину к задней части каждой стороны штабеля дров , которые, в свою очередь, охлаждались системой жидкого фреона. [15] проходит через ядро машины. Поскольку эта система была механической и, следовательно, склонной к сбоям, 7600 был переработан в большую форму буквы «С», чтобы обеспечить доступ к модулям по обе стороны от охлаждающего трубопровода, войдя внутрь буквы «С» и открыв шкаф. . [11]
Архитектура
[ редактировать ]
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7600 был архитектурной достопримечательностью, и большинство его функций до сих пор являются стандартными элементами компьютерного дизайна. Это компьютер с загрузкой-хранилищем , в котором 15-битное командное слово содержит 6-битный код операции. Существует всего 64 машинных кода, включая код без операций , без операций умножения или деления с фиксированной точкой в центральном процессоре.
У 7600 есть два основных ядра памяти. Небольшая основная память содержит инструкции, выполняемые в данный момент, и данные, обрабатываемые в данный момент. Он имеет время доступа 10 из 27,5 нс второстепенных циклов и длину слова 60 бит. Большая основная память хранит данные, готовые к передаче в небольшую основную память. Он имеет время доступа 60 из 27,5 нс второстепенных циклов и длину слова 480 бит (512 бит с четностью). [4] Доступ полностью конвейеризирован и буферизован, поэтому оба имеют одинаковую скорость последовательной передачи — 60 бит каждые 27,5 нс. Оба работают параллельно, поэтому скорость последовательной передачи от одного к другому составляет 60 бит за малый цикл 27,5 нс. При вызове операционной системы содержимое малой основной памяти выгружается и заменяется операционной системой из большой основной памяти, а затем восстанавливается.
Существует конвейер инструкций из 12 слов, который в документации CDC называется стеком командных слов. [4] Все адреса в стеке выбираются без ожидания обработки поля инструкции. Таким образом, выборка целевой инструкции условного перехода предшествует оценке условия перехода. Во время выполнения цикла из 10 слов (до 40 инструкций) все необходимые инструкции остаются в стеке, поэтому никакие инструкции не извлекаются, оставляя небольшую память ядра свободной для передачи данных.
Имеется восемь 60-битных регистров, каждый из которых имеет адресный регистр. [4] Перемещение адреса в адресный регистр запускает чтение или запись небольшой памяти ядра. Арифметические и логические инструкции используют эти регистры в качестве источников и получателей. Программист или компилятор пытается получить данные вовремя, чтобы их можно было использовать и сохранить до того, как большему количеству данных понадобится тот же регистр, но если они не готовы, процессор переходит в состояние ожидания до тех пор, пока они не будут готовы. Он также ожидает, если один из четырех блоков арифметических вычислений с плавающей запятой не готов по запросу, но из-за конвейерной обработки этого обычно не происходит. [16]
Связь с CDC 6600
[ редактировать ]CDC 7600 «был разработан с учетом совместимости машинного кода с 6600, но для обеспечения существенного увеличения производительности». [17] [18] Один пользователь сказал: «Большинство пользователей могут работать в любой системе без изменений». [8]
Хотя 7600 имел многие функции 6600, включая аппаратное обеспечение, инструкции и 60-битный размер слова, он не был совместим по объектному коду с CDC 6600. [19] [8] Кроме того, он не был полностью совместим с исходным кодом ( КОМПАС ), поскольку некоторые инструкции в 7600 не существовали в 6600, и наоборот. Первоначально он назывался CDC 6800. [20] но был изменен на 7600, когда Крей решил, что он не может быть полностью совместим. Однако из-за конструкции операционной системы 7600 у 6600 и 7600 была «унифицированная программная среда», несмотря на различия на низком уровне. [8]
Фактически, с точки зрения высокого уровня, 7600 был очень похож на 6600. В то время компьютерная память могла быть организована в блоки с независимыми путями доступа, и в разработках Крэя это использовалось в своих интересах. Хотя большинство машин использовали бы один ЦП для выполнения всех функций системы, Крей понял, что это означало, что каждый блок памяти проводил значительное время в режиме ожидания, пока ЦП обрабатывал инструкции и обращался к другим блокам. Чтобы воспользоваться этим, 6600 и 7600 перенесли рутинные домашние задачи, , вывод на печать или чтение перфокарт например , на серию из десяти меньших 12-разрядных машин на базе CDC 160-A, известных как «периферийные процессорные блоки». ", или ППУ. [21] В каждом цикле работы машины один из PPU контролировал работу, передавая данные в память, пока главный процессор обрабатывал числа. Когда цикл завершился, управление перешло к следующему PPU. Таким образом, в памяти всегда хранится актуальная информация для работы основного процессора (за исключением задержек в самих внешних устройствах), устраняя задержки данных, а также позволяя настраивать ЦП для математической производительности и ничего больше. . ППУ можно было бы назвать очень умным «каналом связи».
Как и 6600, 7600 использовал 60-битные слова с инструкциями, длина которых обычно составляла 15 бит, хотя существовали и 30-битные инструкции. Инструкции были упакованы в 60-битные слова, но 30-битная инструкция не могла объединить два слова, и управление можно было передать только первой инструкции в слове. Однако сам набор команд был изменен, чтобы отразить новую структуру внутренней памяти, что сделало его несовместимым с более ранней версией 6600. Машины были достаточно похожи, чтобы сделать возможным перенос компиляторов и операционных систем без особых проблем. Изначально на машине не было программного обеспечения; сайты должны были быть готовы написать свою собственную операционную систему, такую как LTSS, NCAROS и другие; и компиляторы, такие как LRLTRAN (версия Фортрана Ливермора с динамическим управлением памятью и другими нестандартными функциями).
CDC также произвела два многопроцессорных компьютера на базе 7600 с номером модели 7700. [22] Они состояли из двух машин 7600 в асимметричной конфигурации: центральной и дополнительной машины. Они использовались для запуска ракет и сопровождения межконтинентальных баллистических ракет СССР . Симулятор радара представлял собой симулятор реального времени с CDC 6400 для входного/выходного интерфейса. Эти системы должны были использоваться на Тихоокеанском ракетном полигоне . Один компьютер был установлен в TRW в Редондо-Бич, Калифорния (позже переехал на атолл Кваджалейн, южная часть Тихого океана), а второй был установлен в McDonnell Douglas в Хантингтон-Бич, Калифорния . Это были настоящие 7600, соединенные шасси 25, чтобы сделать их 7600 MP.
Прием и использование
[ редактировать ]Примерно с 1969 по 1975 год CDC 7600 считался самым быстрым компьютером в мире. [7] кроме специализированных подразделений. Однако даже с усовершенствованной механикой и охлаждением 7600 был склонен к сбоям. И LLNL , и NCAR сообщили, что машина ломалась как минимум один раз в день, а часто четыре или пять раз. Приемка на месте установки заняла годы, пока ошибки были устранены, и хотя машина в целом продавалась достаточно хорошо, учитывая ее нишу «высокого класса», маловероятно, что машина приносила какую-либо реальную прибыль CDC. Преемник CDC 8600 так и не был завершен, и Сеймур Крей основал свою собственную компанию Cray Research . [7]
Один из уцелевших 7600 частично выставлен в Музее истории компьютеров . [9] Его огромный размер позволяет показать только два угловых модуля. Остальные находятся на складе. Еще 7600 выставлен в Музее промышленности и технологий Чиппева-Фолс вместе с консолью и ленточным контроллером.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Обзор Адамса 1968 г. , стр. 12, легенда — 3.
- ↑ В 1978 году журнал Science сообщил, что CDC продала «400 моделей CDC 6600 и 75 моделей CDC 7600».
- ^ Jump up to: а б с Подготовка площадки CDC 7600, 76 мая
- ^ Jump up to: а б с д и Справочное руководство CDC 7600, февраль 71 г.
- ^ CDC 7600 Презентация Гордона Белла из Microsoft Research
- ^ «ЦДЦ 7600» . Архивировано из оригинала 15 мая 2016 г. Проверено 8 апреля 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с Гордон Белл. Перспектива Сеймура Крея. Архивировано 15 мая 2016 г. в Wayback Machine .
- ^ Jump up to: а б с д «Control Data Corporation (CDC) 7600: 1971–1983» . Лаборатория вычислительных и информационных систем . Университетская корпорация атмосферных исследований. Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 25 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Суперкомпьютер 7600» . Коллекции . Музей истории компьютеров. Архивировано из оригинала 3 октября 2012 года . Проверено 25 сентября 2011 г.
- ^ Умножьте на десять раз.
- ^ Jump up to: а б «7600 в Ливерморе» .
- ^ «Они также были более чем в десять раз быстрее, чем ранние МОП-транзисторы» «Параллельная работа с управляющими данными 6600» (PDF) .
- ^ Дж. Э. Торнтон (1980). «Проект CDC 6600». IEEE Анналы истории вычислений . 2 (4): 338–348. дои : 10.1109/MAHC.1980.10044 . S2CID 5905504 .
- ^ «параллельные функциональные единицы» Энтони, Себастьян (10 апреля 2012 г.). «История суперкомпьютеров» . Экстримтех .
- ^ Эдвин Д. Рейли (2003). Вехи в области компьютерных наук и информационных технологий . ISBN 978-1573565219 .
- ↑ Лекция, прочитанная представителем CDC в компьютерном центре Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, примерно в 1970 году.
- ^ Архитектура высокопроизводительных компьютеров . ИББЕТТ. 2013. ISBN 978-1475767155 .
- ^ «Буферизация инструкций в CDC 7600» .
- ^ Это не значит, что это не была обратная совместимость , то есть когда что-то из старого работает на новом.
- ^ Пью, Эмерсон В.; Джонсон, Лайл Р.; Палмер, Джон Х. (1991). Системы IBM 360 и Early 370 . МТИ Пресс. п. 388 . ISBN 978-0-262-16123-7 .
- ^ «Компьютерная система Control Data 7600» (PDF) .
- ^ В конечном итоге на продажу были выставлены: 2 CDC 7700, 1 CDC 6400; Также в продаже было 6 IBM 3033. «Продается» . Инфомир . 27 июля 1981 г. с. 49.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Нил Р. Линкольн с 18 инженерами Control Data Corporation (CDC) по компьютерной архитектуре и дизайну , Институт Чарльза Бэббиджа , Университет Миннесоты. В число инженеров входят Роберт Мо, Уэйн Спекер, Деннис Гринна, Том Роуэн, Морис Хатсон, Курт Александр, Дон Пейгелкопф, Марис Бергманис, Долан Тот, Чак Хоули, Ларри Крюгер, Майк Павлов, Дэйв Резник, Говард Крон, Билл Бенд, Кент Штайнер, Рэймон Корт и Нил Р. Линкольн. Темы обсуждения включают CDC 1604 , CDC 6600 , CDC 7600, CDC 8600 , CDC STAR-100 и Seymour Cray .
- Презентация CDC 7600 и других машин, разработанных Сеймуром Крэем – К. Гордоном Беллом из Microsoft Research (ранее из DEC)
- Компьютерная галерея SCD
- Музей компьютерной истории
- Музей промышленности и технологий Чиппева-Фолс
- Много ссылок о CDC 7600.
