Многопроцессорные вычислительные комплексы “Эльбрус” (МВК “Эльбрус”)

Модульный принцип построения МВК “Эльбрус” обеспечивает:

• возможность создания различных по характеристикам ВК за счет изменения набора модулей;
• высокие показатели надежности за счет автоматического исключения неисправных модулей из состава ВК.

Аппаратные средства “Эльбрус” реализуют эффективное программирование на языках высокого уровня.

МВК "Эльбрус-2" — вторая серия многопроцессорных вычислительных комплексов "Эльбрус" выпускается по ТУ: БМ 1.700.027 (4-процессорный); БМ 1.700.034 (10-процессорный). Модульная структура МВК "Эльбрус-2" позволяет создавать комплексы различного состава применительно к требованиям конкретного пользователя. Типовыми являются 10-, 4- и 2-процессорные комплектации МВК.

Основные технические характеристики МВК "Эльбрус-2"

• Производительность — 12,5 —125 млн. оп./с.
• Емкость оперативной памяти до 144 Мбайт.
• Пропускная способность каналов обмена до 120 Мбайт/с.
• Энергопотребление 195—816 кВт.
• Занимаемая площадь 430 м 2 (центральная часть 10-процсссорного комплекса).
• Объем оборудования 39 типовых шкафов 1070Х425Х2020 мм и 12 типовых шкафов 3100Х700Х1980 мм.
• Масса центральной вычислительной части 16900 — 48 250 кг.
• Стоимость максимальной комплектации 19,5 млн. руб.

Элементная база

“Эльбрус-1” — ТТЛ схемы средней интеграции (15 нс).

“Эльбрус-2” — ЭКЛ схемы (2 нс) сборки мультичипов и микросхемы ИС-100.

Конструкция

Ячейки с многослойными печатными платами.

“Эльбрус-1” — двухконтурная замкнутая воздушно-жидкостная.

“Эльбрус-2” — жидкостная кондуктивная система охлаждения для центрального процессора и оперативной памяти и двухконтурная замкнутая, воздушно-жидкостная для других устройств.

МВК «Эльбрус-2» состоит из следующих типовых модулей:

• центральных процессоров (ЦП) (от 1 до 10), обеспечивающих высокопроизводительную обработку информации;
• оперативной памяти (ОП) (от 2 до 8), участвующих в вычислительных процессах;
• процессоров ввода-вывода (ПВВ) (от 1 до 4);
• устройство управления внешними запоминающими устройствами на магнитных барабанах, сменных магнитных дисках и магнитных лентах;
• процессоров передачи данных (ППД), обеспечивающих взаимодействие вычислительного комплекса с удаленными объектами или пользователями через линии передачи данных.

Каждый модуль представляет собой функционально и конструктивно законченное устройство, обладающее практически полным аппаратным контролем прохождения вычислительного процесса, автономными средствами коммутации, обеспечивающими его подключение к остальным устройствам комплекса, системой питания и охлаждения, а также средствами его восстановления в случае отказа. На базе таких модулей могут быть созданы вычислительные комплексы производительностью от 12,5 до 125 млн. оп./с.

Структура МВК "Эльбрус-2"

Структурная схема МВК «Эльбрус-2» ОП — оперативная память: ЦП — центральный процессор; ПВВ— процессор ввода-вывода: ППД — процессор передачи данных: УБ — устройство управления барабанами; УД — устройство управления дисками; УУМЛ — устройство управления магнитными лентами; УВВ — устройство ввода-вывода; НМБ — накопитель на магнитном барабане: НСМД — накопитель на сменных магнитных дисках; НМЛ — накопитель на магнитной ленте

Основными особенностями структуры ЦГ1 являются:

• безадресная система команд;
• динамическое распределение сверхоперативных регистров;
• аппаратный механизм процедурных переходов с автоматической сменой адресного контекста;
• повторная входимость программ и рекурсивный запуск процедур;
• автоматическая работа с различными типами и форматами данных (с плавающей точкой, с целыми числами формата 32, 64, 128 разрядов, а также с алфавитно-цифровой и битовой информацией);
• виртуальная память емкостью 2 32 слов;
• распределение оперативной памяти сегментами
• переменной длины;
• организация параллельных процессов;
• контекстная процедурная защита.

Основные технические характеристики ЦП:

Сложение с фиксированной занятой и логические операции

Операции с плавающей занятой, нс:

умножение для 32-разрядных чисел

умножение для 64 разрядных чисел

деление для 32-разрядных чисел

деление для 64-разрядных чисел

ЦП выполнен на ИС серин 100 и матричных БИС серии И-200М и занимает три типовых шкафа.

Минимальным функционально-закопченным конструктивом является секция ЭПП емкостью 18 Мбайт. Она состоит из 4 одинаковых модулей памяти, коммутатора и системы электропитания. Количество секций ЭПП в МВК «Эльбрус-2» может изменяться от 2 до 8. Каждая секция имеет 14 независимых каналов для связи с процессорами МВК «Эльбрус-2», причем все входящие в секцию модули могут одновременно и независимо обмениваться информацией с различными процессорами. Кроме одиночной, в модулях реализована групповая обработка, позволяющая за один цикл обращения записать или считать четыре 72-разрядных слова. Организовано также чередование обращений к четырем зонам модуля при последовательном переборе адресов. ЭПП выполнена на ИС серии 100 и 500, в накопителе использованы ИС 565РУЗВ.

Процессор ввода-вывода. ПВВ обеспечивает обмен данными оперативной памяти с внешней памятью, устройствами ввода-вывода и абонентскими пунктами. Аппаратная реализация в ПВВ основных алгоритмов операционной системы даст возможность освободить ЦП от рутинной работы, связанной с организацией обмена, поиском оптимальных путей обмена с внешней памятью и устройствами ввода-вывода, организацией очередности обращений к ним, запусками и остановками устройств и т. д.

В состав каждого модуля ПВВ входят:

2 блока быстрых каналов (по 4 канала в каждом) для обмена данными с устройствами внешней памяти на магнитных барабанах, сменных магнитных дисках. Обеспечивается подключение до 128 устройств внешней памяти при одновременной работе любых 8 из них. Скорость обмена при работе с памятью на магнитном барабане 3,6 — 3,8 Мбайт/с;

2 блока стандартных каналов (по 16 каналов в каждом) для обмена данными с периферийными устройствами. Обеспечивается подключение до 384 устройств с возможностью одновременной работы 32 устройств;

1 блок каналов обмена с процессорами передачи данных, обеспечивающих работу с абонентскими пунктами по 640 каналам с общей пропускной способностью до 120 Кбайт/с.

Выполнена на магнитных барабанах (МБ), сменных магнитных дисках (МД) и магнитных лентах (МЛ).

Отличительной особенностью подсистемы внешней памяти на МБ является обеспечение возможности доступа к каждому из устройств внешней памяти нескольких устройств управления, подключенных к различным ПВВ. Это позволяет существенно повысить живучесть системы внешней памяти, эффективность ее использования и сохранность имеющихся данных. Выход из строя одного или нескольких устройств управления или каналов ПВВ лишь снижает пропускную способность внешней памяти, сохраняя се емкость и ранее записанную информацию. Использование аппаратного контроля при работе с внешней памятью повышает достоверность хранения информации. Формат записи на МБ и МД обеспечивает обмен с ними квантами по 32 слова, что снижает время обмена с внешней памятью и требования к емкости буфера оперативной памяти.

Внешняя память на МБ типа НМБЗ-8-1-16 имеет следующие технические характеристики: