Реферат: Основные платформы ЭВМ

Еще одна интересная особенность процессоров PA-8x00 - наличие Multimedia Acceleration Extension (MAX), специального подмножества команд, предназначенного для повышения производительности при выполнении мультимедиа-программ (нужно оговориться, что HP вкладывает в этот термин несколько иной смысл - это не столько аудио- или видеоклипы, а любая информация, которой присущ некий внутренний порядок, позволяющий упростить ее обработку, например, матрицы).

Кристалл PA-8000 изготовлен по 0,5-мкм CMOS-технологии, напряжение питания составляет 3,3 В, а тактовая частота - 180 МГц.

Процессор PA-8200, анонсированный в конце 1996 г., отличается прежде всего более высокой тактовой частотой (от 200 МГц). Кроме того, в два раза увеличилась емкость кэш-памяти команд и данных (до 2 Мбайт), емкости буферов TLB (с 96 до 120 строк) и BHT (c 256 до 1024). В результате внесенных в PA-8200 изменений удастся повысить производительность приложений на 35-75% (эти и нижеследующие оценки производительности относятся к тактовой частоте 220 МГц).

ЦП PA-8500 - самый новый в семействе PA-RISC. Этот ЦП изготавливается по 0,25-мкм, технологии что позволило увеличить тактовую частоту и емкость кэш-ОЗУ первого уровня.

Все компьютеры HP делятся на "классы", которые могут содержать несколько моделей. Четкую грань между разными семействами провести достаточно трудно, поскольку почти всегда "маломощную" модель можно "нарастить" до самой производительной и обратно. Поэтому в дальнейшем мы (как и HP) будем использовать только понятие "класса", подразумевая определенное постоянство комплектности системы, в пределах которой могут варьироваться лишь тип или быстродействие ЦП, некоторые компоненты графической подсистемы, объем ОЗУ и накопителей.

Рабочие станции

Класс B

Рабочие станции серии HP VISUALIZE B - это системы начального уровня, в значительной мере "урезанные" по сравнению с другими моделями с точки зрения быстродействия и возможностей расширения. Зато их цена заметно ниже, чем у их более мощных собратьев. Недавно в этой серии появились две новые модели - B132L+ и B180L, основанные на недорогом (для RISC-системы) процессоре PA-7300LC. Все компьютеры имеют сетевые платы 100BaseT и интегрированные SCSI. В комплект обычно входит видеоплата HP VISUALIZE-EG, VISUALIZE-fx2.

Эти машины призваны выполнять функции рабочих станций для решения таких задач, как САПР, двух- и трехмерное моделирование, решение разного рода вычислительных задач.

Класс C

Это компьютеры среднего уровня производительности и цены. В них используются процессоры PA-8200 с тактовой частотой до 236 МГц; модель C200 имеет интегрированный кэш емкостью 1,5 Мбайт (0,5 Мбайт - кэш команд и 1 Мбайт - кэш данных), в модели C240 его емкость составляет 3 Мбайт (1 и 2 Мбайт соответственно).

Компьютеры класса C разрабатывались для решения одной из традиционных задач автоматизированного проектирования - создания математической модели и расчета ее параметров в зависимости от различных воздействий. Все станции этого серии оснащены графическими платами HP VISUALIZE-EG. Для увеличения скорости обработки графических данных, что, очевидно, необходимо при обработке трехмерных моделей, имеется возможность модернизации графической подсистемы с помощью плат VISUALIZE-fx2, VISUALIZE-fx4 или VISUALIZE-fx6 (более подробно см. врезку).

Класс J

Это самая быстродействующая серия рабочих станций на базе PA-RISC. По сути, данная модель ближе к серверу начального уровня, чем к традиционной рабочей станции. Основные ее отличия - возможность работы в многопроцессорной конфигурации (с ЦП PA-RISC 8000/8200), большая емкость ОЗУ (до 2 Гбайт) и мощная графическая подсистема. Эта машина ориентирована на решение самых разнообразных задач, от задач САПР до проектирования микросхем.

Серверы

Класс D

Компьютеры класса D - это быстродействующие серверы начального уровня с относительно невысокой (для многопроцессорных RISC-станций) ценой.

Серия состоит из восьми моделей: D220, D230, D270, D280, D320, D330, D370 и D380, которые различаются мощностью и числом установленных процессоров, емкостью ОЗУ и возможностями расширения. Последние две цифры в номере модели обозначают уровень производительности (например, модели D220 и D320 имеют одинаковую производительность).

Компьютеры класса D ориентированы на применение в качестве серверов вычислений (системы, функционирующие в составе специализированной вычислительной сети), Web-серверов или узлов сети, предоставляющих стандартные сетевые услуги (хранение/обработка файлов, печать, работа с электронной почтой и проч.) в UNIX-среде.

Еще одна особенность компьютеров этой серии - наличие встроенных средств повышения отказоустойчивости. Например, обеспечивается возможность непрерывной работы даже при отказе одного из процессоров, жесткие диски можно подключать "на ходу", операционная система автоматически освобождает ресурсы аварийно завершившейся программы и т. п.

В машинах семейства D применяются процессоры PA-7300LC или более современные ЦП семейства PA-8x00. Максимальная емкость ОЗУ достигает 3 Гбайт, дисковой подсистемы - 9,5 Тбайт, учитывая возможность подключения внешних устройств. Пропускная способность шины процессор/ОЗУ составляет 960 Мбайт/с, подсистемы ввода-вывода - 160 Мбайт/с, в моделях D370 и D380 она удваивается (320 Мбайт/с). Модели D2xx позволяют подключить до пяти дополнительных устройств ввода-вывода, а модели D3xx - до восьми. Во всех системах имеется возможность применения дисков с "горячей" заменой (два и пять отсеков соответственно).

K-класс

Серия K объединяет в значительной мере универсальные компьютеры. Большой разброс технических характеристик и цен позволяет подобрать почти оптимальную конфигурацию для решения самых разных задач. Это, пожалуй, наиболее многочисленная серия серверов на базе PA-RISC, существуют 11 разных моделей. Две модели (K370 и K570) стали первыми машинами на базе процессора PA-8200 с тактовой частотой 200 МГц. Наиболее мощные серверы серии позволяют устанавливать до шести процессоров и до 8 Гбайт ОЗУ. Максимальная емкость дисковой подсистемы составляет 36 Тбайт.

Различия между моделями заключаются в возможностях расширения: машины K2xx имеют до пяти гнезд ввода/вывода и четыре отсека для устройств с "горячей" заменой, K4xx - 13 гнезд ввода/вывода, K370 и K570 - 7 и 13 гнезд, соответственно. Суффиксы "-XP" и "EG" указывают на то, что система оборудована графическим и акселераторами VISUALIZE-XP или -EG.

T-класс

Компьютеры класса T - это высокопроизводительные многопроцессорные серверы, которые конкурируют с младшими моделями "больших" ЭВМ. Они ориентированы на применение в качестве базовых серверов крупных информационных систем. Быстродействие этих компьютеров объясняется, во-первых, высоким быстродействием процессора, а во-вторых, - наличием чрезвычайно емкой (до 8 Мбайт на процессор) кэш-памяти. В серию входят три базовые модели: T500/1-12, T520/1-14 и T600/1-12. Все они обеспечивают работу в многопроцессорной конфигурации (число процессоров можно узнать из кодового обозначения модели) и обладают средствами распределения нагрузки между отдельными ЦП. При этом наличие в компьютере нескольких процессоров абсолютно "прозрачно" для прикладных программ, что позволяет достаточно просто увеличивать число ЦП.

Серверы способны адресовать до 256 Тбайт ОЗУ, пропускная способность шины процессор/ОЗУ составляет 960 Мбайт/с, шины ввода-вывода - до 1 Гбайт/с (168 быстродействующих каналов HP Precision Bus), максимальная емкость ОЗУ составляет 16 Гбайт, дисковых накопителей - 30 Тбайт.

Класс V

Серия V - это сверхмощные UNIX-компьютеры, предназначенные для решения таких задач, как массовая обработка транзакций, OLTP и подобных, т.яе. везде, где необходимо в течение минимального времени обработать терабайты данных. Эта серия была анонсирована в начале 1997 г., когда была выпущена первая модель семейства V2200 Enterprise Server. На сегодня имеются пять ее вариантов с разным числом процессоров (1, 2, 4, 8, 16), хотя конструкция предусматривает до 32 процессоров.

Первые машины этого класса построены на процессорах PA-8200, в течение следующего года должны появиться модели с PA-8500. Однако основная особенность, благодаря которой компьютеры данного класса могут успешно соперничать с "большими" ЭВМ (по сути это и есть "большие" ЭВМ на базе процессоров PA-RISC, функционирующие под управлением HP-UX) - наличие шины HyperPlane. По оценкам ряда независимых аналитиков, это одна из наиболее эффективных шинных архитектур. Она позволяет обрабатывать до восьми одновременных транзакций "процессор-процессор" или "ЦП-ОЗУ", обеспечивая пропускную способность до 15,4 Гбайт/с. Такое решение было принято для того, чтобы максимально повысить производительность СУБД класса Oracle или Sybase при увеличении числа процессоров. Многие распространенные архитектуры многопроцессорных систем обладают одним, но существенным недостатком: все процессоры, подсистемы памяти и устройства ввода/вывода вынуждены делить одну и ту же шину. В итоге наступает момент, когда установка дополнительных процессоров уже не приносит никакой выгоды, поскольку они проводят большую часть времени в ожидании завершения очередной транзакции. В случае же HyperPlane данная проблема не возникает. Стоимость самой дешевой машины (один процессор и 256 Мбайт ОЗУ) составляет 170 тыс. долл. (для сравнения - ЭВМ IBM S/390 предлагается по цене от 1 млн. долл.).

S-класс

Мини-ЭВМ классов S и X - это сверхбыстродействующие компьютеры на базе процессоров PA-RISC. В их основу заложена архитектура "масштабируемой параллельной обработки" (Scalable Parallel Processing, SPP), которая позволяет значительно увеличить вычислительную мощность системы, сохраняя неизменной основную "среду обитания" пользователя: операционную систему, трансляторы, прикладные программы.

Главный компонент таких компьютеров - подсистема общедоступной памяти (Global System Memory, GSM). Это специфическая реализация архитектуры CC-NUMA, главная функция которой состоит в динамическом распределении данных между процессорами. Это же отличает ее от типичной SMP-системы. Компьютеры класса C имеют от четырех до шестнадцати 64-разрядных процессоров серии PA-8000/8200 с тактовой частотой 180 и 200 МГц соответственно (такая машина, способная обеспечить производительность до 11,5 Гфлопс, имеет ОЗУ емкостью до 16 Гбайт и до 24 контроллеров ввода-вывода (PCI).

Для повышения скорости передачи данных между компонентами в моделях семейств S и X имеются специализированные аппаратные средства перемещения блоков данных в физической памяти (DataMover), действиями которых управляет операционная система.

Машины X-класса дополняют серию S. Суперкомпьютеры класса X основаны на принципах симметричной многопроцессорной обработки (SMP) и состоят из моделей, которые носят название гиперузлов. Каждый гиперузел по существу представляет собой компьютер класса S, работающий совместно с другими такими же узлами. В итоге компьютер класса X содержит до 64 процессоров PA-8000 и оперативную память емкостью до 64 Гбайт, имеет пропускную способность системной шины до 61,4 Гбайт/с, каналов ввода-вывода - до 7,5 Гбайт/с, число контроллеров PCI до 96. Суммарная производительность такой системы достигает 46 ГФЛОПС.

Еще одна особенность машин серии X - двухуровневая структура подсистемы ОЗУ. Оно разделяется на два уровня: первый - это обычная память гиперузлов, второй - шина, объединяющая их в единое целое. Такое решение выгодно прежде всего потому, что резко уменьшается время передачи данных - локальная информация одной конкретной программы не выходит за пределы ее гиперузла, что позволяет сократить общую загрузку системной шины, сводя ее к передаче межузловой информации.

Платформы Sun

Компьютеры Sun применяются в тех областях, где понятия "надежность" и "высокая производительность" воспринимаются как нечто само собой разумеющееся.

Как относиться к тому, что кроме компьютеров "на все случаи жизни" существует еще и специализированная вычислительная техника? С одной стороны - положительно, ведь ни одному нормальному пользователю не придет в голову применить стандартный IBM-совместимый настольный ПК в качестве WEB-сервера или графической рабочей станции для конструирования, скажем, подводных лодок. С другой стороны, всегда хочется иметь под рукой машину, на которой можно делать решительно все.

К сожалению, так не бывает, вернее, бывает, но довольно дорого обходится. Я думаю, никто из читателей не рискнет купить самосвал, чтобы ездить на нем еще и в театр, и в магазин за продуктами, а на спортивном авто возить кирпич и доски для строящейся дачи. Если продолжить сравнение, то ПК больше всего напоминает легковушку-универсал, а специализированные компьютеры производства, например компании Sun Microsystems, - это скорее многотонные грузовики, междугородные автобусы и даже гоночные болиды "формулы один".

На банальный вопрос, чем же отличаеся техника Sun от IBM-совместимой, можно дать столь же незамысловатый ответ - всем, кроме, разве что, внешнего вида и, отчасти, набора интерфейсов. Начнем с того, что процессоры, применяемые в компьютерах Sun, имеют архитектуру RISC. Производительность подобных систем, как правило, выше, чем машин, простроенных на основе CISC-архитектуры (с полным набором команд). Затем, все современные процессоры класса UltraSRARC - 64-разрядные, что также отнюдь не уменьшает их быстродействия. Кроме того, архитектура, применяемая фирмой, позволяет строить масштабируемые системы, в которых при удвоении числа процессоров вычислительная мощность растет не "на проценты", а "в разы". Наконец, операционная система компьютеров Sun это не перегруженная излишествами, неустойчивая MS Windows, а Solaris - вариант уважаемой профессионалами ОС UNIX, которая прекрасно справляется с такими критичными приложениями, которые требуют максимального использования вычислительных ресурсов 7 дней в неделю, 24 часа в сутки.

Продукция Sun Microsystems - это десятки моделей и модификаций от бездисковых сетевых компьютеров JavaStation до серверов серии Ultra Enterprise, рассказать обо всех в рамках одной статьи невозможно, да и не стоит - потребуется слишком много места в журнале и слишком моного вашего времени, чтобы это прочесть. Поэтому давайте посмотрим, что нового предложила компания в текущем году, и на что следует рассчитывать пользователям техники Sun в ближайшем будущем.

В сентябре компания представила рабочие станции Ultra 30, построенные на процессорах UltraSPARC с тактовой частотой 250 или 300 МГц. Машины имеют внешний кэш 2 Мбайт, а жесткие диски подключены к шине UltraSCSI с полосой пропускания 40 Мбайт/с. В этих моделях фирма впервые применила 64-разрядную шину ввода-вывода PCI, работающую с тактовыми частотами 33 и 66 МГц. Предполагается, что на станции Ultra 30 впервые в отрасли будет установлен сетевой интерфейс Gigabit Ethernet. Новаторская архитектура портов UPA, по заявлению компании-производителя, даст возможность передавать данные на графический ускоритель со скоростью до 800 Мбайт/с, т. е. во много раз быстрее, чем это происходит в ПК. Рабочая станция оснащается двумя слотами UPA, что позволяет подключать к ней одновременно два монитора.

Кстати о мониторах. Новейшие графические станции Sun будут комплектоваться дисплеями не только с диагональю 17 и 20 дюймов, но и 24 дюйма. В этих устройствах отображения использован стандарт телевидения высокой четкости HDTV, подразумевающий соотношение размеров по горизонтали и вертикали 16:10 при разрешении 1920х1200 точек.

По сведениям, полученным от компании Sun, рабочая станция Ultra 30 с 300-МГц процессором на тестах SPECint95 и SPECfp95 продемонстрировала производительность в 2,5 раза более высокую, чем близкий по конфигурации IBM-совместимый компьютер на основе 266-МГц процессора Pentium-II. Аналогичная станция, но с 200-МГц UltraSPARC-II оказалась в два раза быстрее системы на Pentium-II с тактовой частотой 233 МГц. Разумеется подобные эксперименты нельзя назвать абсолютно чистыми, однако, при решении реальной задачи автоматического компьютерного проектирования оказалось, что UltraSPARC-II работает на 42% быстрее, чем Pentium Pro MMX даже с поправкой на разницу тактовых частот.

Однако оставим в стороне "гоночные автомобили" и перейдем к "грузовикам". Многим из вас наверное известно о противостоянии Sun Microsystems и Compaq Computer на рынке серверов. Основным критерием в этой борьбе стала стоимость одной транзакции, которая зависит от множества параметров, в том числе - от цены "железа", цены ПО и от производительности системы. Время от времени то та, то другая компания предлагала новое, более мощное решение, надеясь оторваться от соперника и захватить этот весьма прибыльный сектор рынка. Наконец, совсем недавно, в конце сентября, Sun, судя по высказываниям представителей компании, предложила первую серьезную альтернативу серверам Compaq. Компания выпустила сервер для рабочих групп Sun Enterprise 450, работающий под управлением Solaris for Intranets. Сам изготовитель позиционирует данное изделие как первый в индустрии сервер, позволяющий предоставить рабочей группе функциональные возможности системы масштаба предприятия. При этом гарантируется невысокая цена, простота эксплуатации и надежная работа с ПК под управлением Windows NT.

Что еще говорят специалисты Sun о своем новом детище? Сообщается, что Sun Enterprise 450 способен в одиночку справляться с функциями сразу нескольких серверов - сервера базы данных, Web-сервера, сервера электронной почты и т.д. Кроме того, он опережает аналогичные Windows NT-серверы по производительности. В качестве примера приводятся следующие данные: результат, полученный Enterprise 450 на тесте TPC-C составляет 11559,7 транзакций в минуту (tpmC) при соотношении цена/производительность 56,6 долл. на tpmC., что на 43% выше наилучшего результата, объявленного для серверов Compaq под Wndows NT. Утверждается также, что быстродействие Enterprise 450, измеренное по методике SPECweb96, оказалось более чем вдвое выше, чем у самого быстрого Pentium-сервера, а на тесте NotesBench он втрое перекрыл показатели лучшего сервера Compaq.

Что же позволило этой машине продемонстрировать такую сногсшибательную прыть? Очевидно, сочетание сразу нескольких вещей. В максимальной конфигурации Enterprise 450 содержит четыре 64-разрядных 300-МГц процессора UltraSPARC-II, оперативную память объемом 4 Гбайт, встроенные дисковые накопители с интерфейсом Ultra SCSI-3 общей емкостью 84 Гбайт и шесть высокопроизводительных шин PCI, способных перекачивать до 1 Гбит/с. Замечу, что это краткое описание относится к более чем скромному "средненькому" серверу, ведь в продуктовом ряду компании Sun есть семейство "тысячников", начинающееся 6-процессорной моделью Ultra Enterprise 3000 и заканчивающееся суперсервером Ultra Enterprise 10000, на котором может стоять до 64 процессоров UltraSPARC, 64 Гбайт разделяемой памяти, не говоря о дисковых массивах гигантских размеров и многочисленных аппаратных и программных новшествах, предназначенных для решения задач масштаба отрасли.

Однако все это - день сегодняшний, а буквально завтра Sun Microsystems собирается начать выпуск третьего поколения микропроцессоров UltraSPARC-III с набором команд VIS, которые будут работать с тактовой частотой 600 (!) МГц. Надо особо отметить, что на основе новых чипов можно будет строить хорошо масштабируемые системы, содержащие свыше 100 процессоров. Компания утверждает, что UltraSPARC-III способен обеспечить рост производительности в два-три раза по сравнению с процессорами предыдущих поколений. Одной из причин увеличения быстродействия помимо удвоения тактовой частоты стало повышение скорости обмена процессор - память, которая здесь вдвое выше, чем в в системах-предшественницах.

UltraSPARC-III абсолютно совместим на уровне исполнимых кодов со всеми приложениями, работающими под управлением операционной системы Solaris. Таким образом, фирма обеспечивает защиту инвестиций тех пользователей, которые уже вложили средства в довольно дорогие программные продукты.

Новое семейство процессоров предназначено в основном для сетевых серверов, составляющих основу инфраструктуры Интернета, для мощных настольных систем и для серверов рабочих групп. Последнее позволяет думать, что тот небольшой отрыв Sun от ближайших конкурентов в данном секторе, который образовался с появлением модели Enterprise 450, может резко увеличиться и стать уже непреодолимым препятствием для приверженцев платформы Wintel. Однако не будем загадывать, поживем - увидим.

Супер-компьютеры

Архитектура современных суперЭВМ

      Диалектическая спираль развития компьютерных технологий совершила свой очередной виток - опять, как и десять лет назад, в соответстви и с требованиями жизни, в моду входят суперкомпьютерные архитектуры. Безусловно, это уже не те монстры, которые помнят ветераны - новые технологии и требовательный рынок коммерческих применений существенно изменили облик современного суперкомпьютера, Теперь это не огромные шкафы с уникальной аппаратурой, вокруг которой колдуют шаманы от информатики, а вполне эргономичные системы с унифицированным программным обеспечением, совместимые со своими младшими собратьями.

      Что такое суперЭВМ? Компьютеры с производительностью свыше 10 000 млн. теоретических операций в сек. (MTOPS), согласно определению Госдепартамента США, считаются суперкомпьютерами.

Следует отметить и другие основные признаки, характеризующие суперЭВМ, среди которых кроме высокой производительности:

• самый современный технологический уровень (например, GaAs-технология);

• специфические архитектурные решения, направленные на повышение быстродей-           ствия (например, наличие операций над векторами);

• цена, обычно свыше 1-2 млн. долл.    

      Вместе с тем, существуют компьютеры, имеющие все перечисленные выше характеристики суперЭВМ, за исключением цены, которая для них составляет от нескольких сотен до 2 млн. долларов. Речь идет о мини-суперЭВМ, обладающим высокой производительностью, уступающей, однако, большим суперЭВМ. При этом у минисуперкомпьютеров, как правило, заметно лучше соотношение цена/производительность и существенно ниже эксплуатационные расходы: система охлаждения, электропитания, требования к площади помещения и др. С точки зрения архитектуры минисуперкомпьютеры не представляют собой некоторое особенное направление, поэтому в дальнейшем они отдельно не рассматриваются.

Сферы применения суперкомпьютеров

     Для каких применений нужна столь дорогостоящая техника? Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

     Прежде всего следует указать на процесс проникновения суперЭВМ в совершенно недоступную для них ранее коммерческую сферу. Речь идет не только скажем, о графических приложениях для кино и телевидения, где требуется все та же высокая производительность на операциях с плавающей запятой, а прежде всего о задачах, предполагающих интенсивную (в том числе,и оперативную) обработку транзакций для сверхбольших БД. В этот класс задач можно отнести также системы поддержки принятия решений и организация информационных складов. Конечно, можно сказать, что для работы с подобными приложениями в первую очередь необходимы высокая производительность ввода-вывода и быстродействие при выполнении целочисленных операций, а компьютерные системы, наиболее оптимальные для таких приложений, например, MPP-системы Himalaya компании Tandem, SMP-компьютеры SGI CHAL ENGE, AlphaServer 8400 от DEC - это не совсем суперЭВМ. Но следует вспомнить, что такие требования возникают, в частности, со стороны ряда приложений ядерной физики, например, при обработке результатов экспериментов на ускорителях элементарных частиц. А ведь ядерная физика - классическая область применения суперЭВМ со дня их возникновения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5