CDC 7600 - CDC 7600

CDC 7600
Hlavní přehled CDC7600.png
3D vykreslování s postavou v měřítku
Design
VýrobceControl Data Corporation
NávrhářSeymour Cray
Datum vydáníČerven 1967[1]
Prodané jednotky+75[2]
Cena62 až 155 tisíc dolarů (měsíční nájem v roce 1968)[1]
Kryt
RozměryVýška: 188 cm (74 palců)
Šířka: 302 cm (119 palců)[3]
Napájení95 kW[3] Při 208 V 400 Hz[3]
Systém
Operační systémChippewa, SCOPE, KRONOS
procesor60-bit procesor @ 36 MHz[4]
Paměť3.84 Megabajtů (až 512 000 60bitových slov)[4]
MIPS15 MIPS
FLOPS36 MFLOPS[5]
PředchůdceCDC 6600
NástupceCDC Cyber

The CDC 7600 byl Seymour Cray - navržený nástupce CDC 6600, prodloužení Kontrolní data dominance superpočítač pole do 70. let.[6] 7600 běžel na 36,4 MHz (taktovací cyklus 27,5 ns) a měl primární paměť 65 Kword (s 60bitovou velikostí slova) pomocí magnetické jádro a sekundární paměť proměnné velikosti (až 512 Kword) (v závislosti na místě). Bylo to obecně asi desetkrát rychlejší než CDC 6600 a mohlo to přinést asi 10 MFLOPS na ručně sestaveném kódu s vrcholem 36 MFLOPS.[7] Kromě toho se v testech na začátku roku 1970 ukázalo, že je o něco rychlejší než jeho IBM soupeř, IBM System / 360, Model 195.[8] Když byl systém vydán v roce 1967, prodal se za zhruba 5 milionů dolarů v základních konfiguracích,[9] a podstatně více, když byly přidány možnosti a funkce.

Mezi 7600 pozoruhodnými nejmodernějšími příspěvky, nad rámec rozsáhlých potrubí, byl fyzický tvar C, který dramaticky snižoval podlahovou plochu[10] zvýšený výkon snížením vzdálenosti, kterou signály potřebují k cestování.[11]

Design

  • Sériové číslo CDC 7600 1. Tento obrázek ukazuje dvě strany šasi ve tvaru písmene C.

  • CDC 7600 s měřítkem

  • 3D vykreslení úplného přehledu dvou CDC 7600

Když se model 6600 blížil ke kvalitě výroby, Cray o něj ztratil zájem a obrátil se na návrh jeho náhrady. Udělat stroj „o něco“ rychlejším by na konci 60. let nebylo příliš obtížné; zavedení integrované obvody povoleno hustší balení komponentů a následně vyšší rychlost hodin. Tranzistory obecně se také o něco zrychlily[12] jak se zlepšily výrobní procesy a kvalita. Lze očekávat, že tyto druhy vylepšení způsobí, že stroj bude dvakrát rychlejší, možná až pětkrát. Stejně jako u designu 6600 si však Cray dal za cíl vyrobit stroj s desetinásobným výkonem.

Jedním z důvodů, proč byla 6600 mnohem rychlejší než její současníci, je to, že měla několik funkčních jednotek, které mohly pracovat paralelně.[13] Například stroj mohl provést přidání dvou čísel a současně znásobit další dvě. Jakákoli daná instrukce však musela dokončit svůj výlet jednotkou, než do ní mohla být vložena další, což způsobilo překážku, když plánovacímu systému došly instrukce. Přidání dalších funkčních jednotek by nezlepšilo výkon, pokud by se plánovač také výrazně nezlepšil, zejména pokud jde o to, že mu bylo umožněno mít více paměti, takže by mohl prohledávat další pokyny pro ty, které by mohly být vloženy do paralelních jednotek. To se zdálo být velkým problémem.

Aby se tento problém vyřešil, obrátil se Cray ke konceptu instrukční potrubí. Každá funkční jednotka se skládala z několika sekcí, které postupně fungovaly, například přídavná jednotka mohla mít obvody vyhrazené pro načítání operandů z paměti, pak skutečnou matematickou jednotku a nakonec další pro odesílání výsledků zpět do paměti. V daném případě byla aktivní pouze jedna část jednotky, zatímco ostatní čekali, až na ně přijde řada. Potrubí to vylepšuje napájením další instrukce před dokončením první a vyčerpáním této doby nečinnosti. Například když se přidává jedna instrukce dohromady, lze načíst operandy pro další instrukci přidání. Tímto způsobem, jakmile aktuální instrukce dokončí a přesune se na výstupní obvody, operandy pro další přidání již čekají na přidání. Tímto způsobem pracuje každá funkční jednotka „paralelně“,[14] stejně jako stroj jako celek. Zlepšení výkonu obecně závisí na počtu kroků, které jednotka provede. Například multiplikační jednotka 6600 trvala na dokončení instrukce 10 cyklů, takže při zřetězení jednotek se dalo očekávat, že získá asi 10krát vyšší rychlost.

Věci však nikdy nejsou tak jednoduché. Potrubí vyžaduje, aby bylo možné interně jednotky efektivně oddělit do bodu, kdy každý krok operace běží na zcela samostatných obvodech. To je v reálném světě zřídka dosažitelné. Nicméně použití potrubí na 7600 zlepšilo výkon oproti 6600 o faktor asi 3. Aby bylo dosaženo zbytku cíle, musel by stroj běžet vyšší rychlostí, nyní možnou s použitím nových konstrukcí tranzistorů. Existuje však fyzické omezení výkonu z důvodu času, který trvá signály k pohybu mezi částmi stroje, což je zase definováno jeho fyzickou velikostí. Crayova konstrukční práce jako vždy vynaložila značné úsilí na tento problém a umožnila tak vyšší provozní frekvence. U 7600, každý obvodový modul ve skutečnosti to bylo až šest desky plošných spojů, každý z nich plněný subminiaturními odpory, diodami a tranzistory. Šest desek bylo naskládáno a poté vzájemně propojeno podél jejich okrajů, čímž vznikl velmi kompaktní, ale v podstatě neopravitelný modul.

Stejné husté balení však také vedlo k největšímu problému stroje - teplu. U modelu 7600 se Cray znovu obrátil na svého chladicího inženýra Deana Roushe, dříve z Amana společnost. Roush přidal hliník desku na zadní straně každé strany kordové dřevo komín, které byly zase chlazeny systémem kapalina-freon[15] protékající jádrem stroje. Vzhledem k tomu, že tento systém byl mechanický, a proto náchylný k poruchám, byl model 7600 přepracován do velkého tvaru „C“, aby umožňoval přístup k modulům na obou stranách chladicího potrubí procházením dovnitř „C“ a otevřením skříně .[11]

Architektura

Model 7600 byl architektonickým mezníkem a většina jeho funkcí je stále standardní součástí počítačového designu. Je to počítač se sníženou instrukcí s 15bitovým instrukčním slovem obsahujícím 6bitový operační kód. Existuje pouze 64 strojových kódů, včetně a kód bez provozu, s č pevný bod násobit nebo dělit operace v centrálním procesoru.

7600 má dvě hlavní základní paměti. Paměť malého jádra obsahuje aktuálně prováděné pokyny a aktuálně zpracovávaná data. Má přístupovou dobu 10 z 27,5 ns menších cyklů a 60bitovou délku slova. Velká jádrová paměť obsahuje data připravená k přenosu do malé jádrové paměti. Má přístupovou dobu 60 z 27,5 ns menších cyklů a délku slova 480 bitů (512 bitů s paritou).[4] Přístupy jsou plně pipeline a ukládány do vyrovnávací paměti, takže oba mají stejnou sekvenční přenosovou rychlost 60 bitů každých 27,5 ns. Dva pracují paralelně, takže sekvenční přenosová rychlost z jednoho do druhého je 60 bitů na 27,5 ns vedlejšího cyklu. Při volání operačního systému je obsah paměti malého jádra vyměněn a nahrazen z velké paměti jádra operačním systémem a poté obnoven.

V dokumentaci CDC je 12-slovní instrukční kanál, který se nazývá zásobník instrukčních slov.[4] Všechny adresy v zásobníku jsou načteny, aniž by bylo nutné čekat na zpracování instrukčního pole. Načtení cílové instrukce podmíněné větve tedy předchází vyhodnocení podmínky větve. Během provádění smyčky o 10 slovech (až 40 instrukcí) zůstanou všechny potřebné instrukce v zásobníku, takže nebudou načteny žádné instrukce, takže zůstane malá paměť jádra volná pro datové přenosy.

Existuje osm 60bitových registrů, každý s registrem adres.[4] Přesunutí adresy do adresního registru spustí čtení nebo zápis malé jádrové paměti. Aritmetické a logické pokyny mají tyto registry jako zdroje a cíle. Programátor nebo kompilátor se pokusí načíst data v čase, který má být použit, a ukládat data dříve, než bude více dat vyžadovat stejný registr, ale pokud není připraven, procesor přejde do stavu čekání, dokud nebude. Také čeká, pokud jedna ze čtyř aritmetických jednotek s plovoucí desetinnou čárkou není na vyžádání připravena, ale kvůli zřetězení se to obvykle nestane.[16]

Vztah s CDC 6600

CDC 7600 „byl navržen tak, aby byl strojový kód vzestupně kompatibilní s 6600, ale aby poskytl podstatné zvýšení výkonu“.[17][18] Jeden uživatel řekl: „Většina uživatelů mohla běžet na obou systémech beze změn.“[8]

Ačkoli 7600 sdílela mnoho funkcí 6600, včetně hardwaru, instrukcí a jeho 60bitové velikosti slova, nebyl to objektový kód kompatibilní s CDC 6600.[19][8] Navíc to nebyl úplně zdrojový kód (KOMPAS ) kompatibilní, protože některé pokyny v 7600 neexistovaly v 6600 a naopak. Původně byl pojmenován CDC 6800,[20] ale byla změněna na 7600, když se Cray rozhodl, že nemůže být zcela kompatibilní. Avšak díky konstrukci operačního systému 7600 sdílely modely 6600 a 7600 „jednotné softwarové prostředí“ i přes rozdíly na nízké úrovni.[8]

Ve skutečnosti z pohledu vysoké úrovně byla 7600 docela podobná 6600. V té době mohla být počítačová paměť uspořádána do bloků s nezávislými přístupovými cestami a Crayovy návrhy to využívaly ve svůj prospěch. Zatímco většina strojů by ke spuštění všech funkcí systému používala jeden CPU, Cray si uvědomil, že to znamená, že každý blok paměti strávil značné množství nečinnosti, zatímco CPU zpracovával instrukce a přistupoval k dalším blokům. Aby toho bylo možné využít, opustily 6600 a 7600 pozemské úklidové úkoly, tiskový výstup nebo čtení děrné štítky například na sérii deseti menších 12bitových strojů založených na CDC 160A známé jako „jednotky periferního procesoru“ nebo PPU.[21] Pro jakýkoli daný cyklus stroje měl jeden z PPU kontrolu a přiváděl data do paměti, zatímco hlavní procesor drtil čísla. Když byl cyklus dokončen, další PPU dostala kontrolu. Tímto způsobem paměť vždy obsahovala aktuální informace pro práci hlavního procesoru (blokování zpoždění v samotných externích zařízeních), což eliminuje zpoždění u dat a také umožňuje stavět CPU pro matematický výkon a nic jiného . PPU by se dalo nazvat velmi chytrým „komunikačním kanálem“.

Stejně jako 6600, i 7600 používala 60bitová slova s ​​instrukcemi, které byly obecně 15 bitové, ačkoli existovaly také 30bitové instrukce. Pokyny byly zabaleny do 60bitových slov, ale 30bitová instrukce nemohla překročit dvě slova a ovládání bylo možné přenést pouze na první instrukci slovem. Samotná sada instrukcí se však změnila, aby odrážela nové rozložení vnitřní paměti, čímž se stala nekompatibilní s dřívější 6600. Stroje byly dostatečně podobné, aby umožňovaly portování překladače a operační systémy možné bez větších potíží. Stroj zpočátku nepřišel se softwarem; weby musely být ochotné napsat vlastní operační systém, jako je LTSS, NCAROS a další; a překladače jako LRLTRAN (Livermoreova verze Fortranu s dynamickou správou paměti a dalšími nestandardními funkcemi).

CDC také vyrobilo dva víceprocesorové počítače založené na modelu 7600 s číslem modelu 7700.[22] Skládaly se ze dvou 7600 strojů v asymetrické konfiguraci: centrálního a pomocného stroje. Byly použity pro odpálení raket a sledování příletů SSSR ICBM. Radarový simulátor byl simulátor v reálném čase s CDC 6400 pro vstupní / výstupní front-end. Tyto systémy měly být použity v EU Dostřel pacifické střely. Jeden počítač byl nainstalován na TRW v Redondo Beach CA (později se přestěhoval na atol Kwajalein v jižním Pacifiku) a druhá byla instalována na McDonnell Douglas v Huntington Beach, Kalifornie. Byli to skutečné 7600 propojené podvozkem 25, aby z nich udělaly 7600 MP.

Příjem a použití

Od roku 1969 do roku 1975 byl CDC 7600 obecně považován za nejrychlejší počítač na světě,[7] s výjimkou specializovaných jednotek. I přes pokročilé mechaniky a chlazení však byl model 7600 náchylný k poruchám. Oba LLNL a NCAR uvedl, že se stroj porouchá nejméně jednou denně a často čtyřikrát nebo pětkrát. Přijetí na instalačních místech trvalo roky, než byly chyby zpracovány, a přestože se stroj obecně prodával dostatečně dobře vzhledem k jeho „špičkovému“ výklenku, je nepravděpodobné, že by stroj generoval jakýkoli skutečný zisk pro CDC. Nástupce CDC 8600 nebyl nikdy dokončen a Seymour Cray založil vlastní společnost, Cray Research.[7]

Jeden přežívající 7600 je částečně vystaven u Muzeum počítačové historie.[9] Jeho naprostá velikost umožňuje zobrazení pouze dvou rohových jednotek. Zbytek je uložen. Dalších 7600 je k vidění na Muzeum průmyslu a technologie v Chippewa Falls, spolu s konzolou a páskovým ovladačem.

Reference

  1. ^ A b Adamsův průzkum 1968, s. 12, legenda - 3
  2. ^ V roce 1978 časopis Science uvedl, že společnost CDC prodala „400 svých modelů CDC 6600 a 75 svých modelů CDC 7600“.
  3. ^ A b C Příprava místa CDC 7600, 76. května
  4. ^ A b C d E Referenční příručka k CDC 7600, 71. února
  5. ^ Prezentace CDC 7600 Gordona Bella z Microsoft Research
  6. ^ „CDC 7600“. Archivovány od originál dne 2016-05-15. Citováno 2010-04-08.
  7. ^ A b C Gordon Bell. Perspektiva Seymour Cray Archivováno 2016-05-15 na Wayback Machine.
  8. ^ A b C d „Control Data Corporation (CDC) 7600: 1971–1983“. Laboratoř výpočetních a informačních systémů. Univerzitní společnost pro výzkum atmosféry. Archivovány od originál dne 20. července 2011. Citováno 25. září 2011.
  9. ^ A b „Superpočítač 7600“. Sbírky. Muzeum počítačové historie. Archivovány od originál dne 3. října 2012. Citováno 25. září 2011.
  10. ^ Vynásobte desetkrát.
  11. ^ A b „7600s at Livermore“.
  12. ^ „Byly také více než desetkrát rychlejší než časné tranzistory MOS“ "Paralelní provoz v řídicích datech 6600" (PDF).
  13. ^ J. E. Thornton (1980). "Projekt CDC 6600". IEEE Annals of the History of Computing. 2 (4): 338–348. doi:10.1109 / MAHC.1980.10044.
  14. ^ "paralelní funkční jednotky" „Historie superpočítačů“. 10. dubna 2012.
  15. ^ Edwin D. Reilly (2003). Milníky v informatice a informačních technologiích. ISBN  978-1573565219.
  16. ^ Přednáška přednesená zástupcem CDC v počítačovém centru na UCLA asi v roce 1970.
  17. ^ Architektura vysoce výkonných počítačů. IBBETT. 2013. ISBN  978-1475767155.
  18. ^ "Instrukční ukládání do paměti u CDC 7600".
  19. ^ To neznamená, že tomu tak nebylo zpětná kompatibilita, což je, když něco ze starého běží na novém.
  20. ^ Pugh, Emerson W .; Johnson, Lyle R .; Palmer, John H. (1991). Systémy IBM 360 a Early 370. MIT Stiskněte. str.388. ISBN  978-0-262-16123-7.
  21. ^ „Počítačový systém Control Data 7600“ (PDF).
  22. ^ Nakonec byly nabídnuty k prodeji: 2 CDC 7700, 1 CDC 6400; 6 IBM 3033 bylo také na prodej. "Na prodej". InfoWorld. 27. července 1981. str. 49.

externí odkazy

Fotky

Evidence
Předcházet
CDC 6600
3 megaflopy		 Nejvýkonnější superpočítač na světě
1969–1975		Uspěl
Cray-1
136 megaflops