كراي-1

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 22 صور
الموسوعة الحرة

كراي-1
كراي-1 معروض في متحف العلوم في لندن
تصميم
الشركة المصنعةأبحاث كراي
مصممسيمور كراي
تاريخ الافراج عنه1975
الوحدات المباعةأكثر من 100
سعر7.9 مليون دولار أمريكي في عام 1977 (ما يعادل 39.7 مليون دولار أمريكي في عام 2023)
غلاف
أبعادالارتفاع: 196 سم (77 بوصة) [1]
القطر (القاعدة): 263 سم (104 بوصة) [1]
القطر (الأعمدة): 145 سم (57 بوصة) [1]
وزن5.5 طن (كراي-1أ)
قوة115 كيلو واط عند 208 فولت 400 هرتز [1]
نظام
الواجهة الأماميةكسوف البيانات العام
نظام التشغيلكوس ويونيكوس​
وحدة المعالجة المركزيةمعالج 64 بت بسرعة 80 ميجاهرتز [1]
ذاكرة8.39 ميجا بايت (ما يصل إلى 1048576 كلمة) [1]
تخزين303 ميجا بايت (وحدة DD19) [1]
فلوبس160 مليون فلوب
خليفةكراي اكس ام بي
  • ف
  • ت
  • هـ
رسم ثلاثي الأبعاد لـ Cray-1 مع شخصيتين كمقياس

كان Cray -1 حاسوبًا فائقًا صممته وصنعته وسوقته شركة Cray Research . أُعلن عنه في عام 1975، وتم تركيب أول نظام Cray-1 في مختبر لوس ألاموس الوطني في عام 1976. وفي النهاية، تم بيع ثمانين جهاز Cray-1، مما جعله أحد أنجح أجهزة الكمبيوتر الفائقة في التاريخ. ربما يكون معروفًا بشكله الفريد، وهو عبارة عن خزانة صغيرة نسبيًا على شكل حرف C مع حلقة من المقاعد حول الجزء الخارجي تغطي مصادر الطاقة ونظام التبريد.

كان Cray-1 أول حاسوب فائق ينفذ بنجاح تصميم المعالج المتجهي . تعمل هذه الأنظمة على تحسين أداء العمليات الحسابية من خلال ترتيب الذاكرة والسجلات لأداء عملية واحدة بسرعة على مجموعة كبيرة من البيانات. كانت الأنظمة السابقة مثل CDC STAR-100 و ASC قد نفذت هذه المفاهيم ولكنها فعلت ذلك بطريقة حدت بشكل خطير من أدائها. عالج Cray-1 هذه المشكلات وأنتج جهازًا يعمل بسرعة أكبر عدة مرات من أي تصميم مماثل.

كان المهندس المعماري لـ Cray-1 هو سيمور كراي ؛ وكان المهندس الرئيسي هو المؤسس المشارك لشركة Cray Research ليستر ديفيس. [2] وقد استمروا في تصميم العديد من الآلات الجديدة باستخدام نفس المفاهيم الأساسية، واحتفظوا بتاج الأداء حتى تسعينيات القرن العشرين.

رسم من منظورين لـ Cray-1 مع مقياس

تاريخ

من عام 1968 إلى عام 1972، عمل سيمور كراي من شركة Control Data Corporation (CDC) على CDC 8600 ، وهو خليفة تصميمي CDC 6600 و CDC 7600 السابقين . كان 8600 يتكون في الأساس من أربعة أجهزة 7600 في صندوق مع وضع خاص إضافي يسمح لها بالعمل بخطوات متزامنة على طريقة SIMD .

كان جيم ثورنتون، الشريك الهندسي السابق لشركة Cray في التصميمات السابقة، قد بدأ مشروعًا أكثر جذرية يُعرف باسم CDC STAR-100 . وعلى عكس نهج القوة الغاشمة الذي اتبعه جهاز 8600 فيما يتعلق بالأداء، فقد سلك جهاز STAR مسارًا مختلفًا تمامًا. كان أداء المعالج الرئيسي لجهاز STAR أقل من أداء جهاز 7600، ولكنه أضاف أجهزة وتعليمات لتسريع مهام الكمبيوتر العملاق الشائعة بشكل خاص.

بحلول عام 1972، وصل جهاز 8600 إلى طريق مسدود؛ فقد كان الجهاز معقدًا للغاية لدرجة أنه كان من المستحيل تشغيله بشكل صحيح. حتى مكون واحد معيب من شأنه أن يجعل الجهاز غير قابل للتشغيل. ذهب كراي إلى ويليام نوريس ، الرئيس التنفيذي لشركة Control Data، قائلاً إن إعادة التصميم من الصفر أمر ضروري. في ذلك الوقت، كانت الشركة تعاني من مشاكل مالية خطيرة، ومع وجود جهاز STAR في خط الأنابيب أيضًا، لم يتمكن نوريس من استثمار الأموال.

نتيجة لذلك، ترك كراي مركز السيطرة على الأمراض وبدأ شركة Cray Research على مقربة شديدة من مختبر مركز السيطرة على الأمراض. في الفناء الخلفي للأرض التي اشتراها في شيبيوا فولز ، بدأ كراي ومجموعة من موظفي مركز السيطرة على الأمراض السابقين في البحث عن أفكار. في البداية، بدا مفهوم بناء حاسوب فائق آخر مستحيلًا، ولكن بعد أن سافر كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة Cray Research إلى وول ستريت ووجد مجموعة من المستثمرين على استعداد لدعم كراي، كل ما كان مطلوبًا هو التصميم.

لمدة أربع سنوات، صممت شركة Cray Research أول جهاز كمبيوتر لها. [3] في عام 1975، تم الإعلان عن Cray-1 بتردد 80 ميجاهرتز. كان الإثارة عالية لدرجة أن حرب المزايدة على أول جهاز اندلعت بين مختبر لورانس ليفرمور الوطني ومختبر لوس ألاموس الوطني ، وفاز الأخير في النهاية وحصل على الرقم التسلسلي 001 في عام 1976 لفترة تجريبية مدتها ستة أشهر. كان المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) أول عميل رسمي لشركة Cray Research في عام 1977، حيث دفع 8.86 مليون دولار أمريكي (7.9 مليون دولار بالإضافة إلى مليون دولار للأقراص) مقابل الرقم التسلسلي 3. تم إيقاف تشغيل جهاز NCAR في عام 1989. [4] توقعت الشركة بيع ما يقرب من اثني عشر جهازًا من الأجهزة، وحددت سعر البيع وفقًا لذلك، ولكن في النهاية تم بيع أكثر من 80 جهاز Cray-1 من جميع الأنواع، بسعر يتراوح من 5 ملايين دولار إلى 8 ملايين دولار. لقد جعلت هذه الآلة من سيمور كراي شخصية مشهورة وشركته شخصية ناجحة، واستمرت هذه الشهرة حتى انهيار الحاسوب العملاق في أوائل تسعينيات القرن العشرين.

بناءً على توصية من دراسة ويليام بيري ، اشترت وكالة الأمن القومي جهاز Cray-1 لأغراض البحث النظري في تحليل الشفرات . ووفقًا لبوديانسكي، "على الرغم من أن التاريخ القياسي لشركة Cray Research سيستمر لعقود من الزمان في القول بأن أول عميل للشركة كان مختبر لوس ألاموس الوطني، إلا أن وكالة الأمن القومي كانت في الواقع..." [5]

في عام 1982، حل جهاز Cray X-MP الذي تبلغ قدرته 800 MFLOPS محل جهاز Cray-1 ،  وهو أول جهاز كمبيوتر متعدد المعالجة من إنتاج Cray. وفي عام 1985، حل جهاز Cray-2 المتقدم للغاية ، والذي يبلغ قدرته القصوى 1.9 GFLOPS، محل أول طرازين، ولكنه حقق نجاحًا تجاريًا محدودًا إلى حد ما بسبب بعض المشكلات في إنتاج أداء مستدام في التطبيقات الواقعية. لذلك، تم تصنيع خليفة متطور أكثر تحفظًا لطرازات Cray-1 وX-MP باسم Cray Y-MP وتم إطلاقه في عام 1988.

بالمقارنة، يعمل المعالج في جهاز ذكي نموذجي لعام 2013، مثل Google Nexus 10 أو HTC One ، بمعدل 1 جيجا فلوب تقريبًا، [6] بينما يعمل معالج A13 في iPhone 11 لعام 2019 بمعدل 154.9 جيجا فلوب، [7] وهي علامة لم تصل إليها أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي خلفت Cray-1 حتى عام 1994 .

خلفية

تتألف أحمال العمل العلمية النموذجية من قراءة مجموعات كبيرة من البيانات، وتحويلها بطريقة ما، ثم كتابتها مرة أخرى. وعادة ما تكون التحويلات المطبقة متطابقة عبر جميع نقاط البيانات في المجموعة. على سبيل المثال، قد يضيف البرنامج الرقم 5 إلى كل رقم في مجموعة مكونة من مليون رقم.

في أجهزة الكمبيوتر البسيطة، يقوم البرنامج بتكرار جميع الأرقام المليون، بإضافة خمسة، وبالتالي تنفيذ مليون تعليمة تقول a = add b, c. داخليًا، يحل الكمبيوتر هذه التعليمات في عدة خطوات. أولاً، يقرأ التعليمات من الذاكرة ويفك شفرتها، ثم يجمع أي معلومات إضافية يحتاجها، في هذه الحالة الأرقام b و c، ثم أخيرًا يقوم بتشغيل العملية وتخزين النتائج. النتيجة النهائية هي أن الكمبيوتر يحتاج إلى عشرات أو مئات الملايين من الدورات لتنفيذ هذه العمليات.

آلات المتجهات

في نظام STAR، كتبت التعليمات الجديدة بشكل أساسي الحلقات للمستخدم. أخبر المستخدم الآلة بمكان تخزين قائمة الأرقام في الذاكرة، ثم أدخل تعليمة واحدة a(1..1000000) = addv b(1..1000000), c(1..1000000). للوهلة الأولى، يبدو أن التوفير محدود؛ في هذه الحالة، تقوم الآلة بجلب وفك تشفير تعليمة واحدة فقط بدلاً من 1,000,000، وبالتالي توفير 1,000,000 عملية جلب وفك تشفير، ربما ربع الوقت الإجمالي.

إن التوفير الحقيقي ليس واضحاً تماماً. ففي الداخل، تتكون وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر من عدد من الأجزاء المنفصلة المخصصة لمهمة واحدة، على سبيل المثال، إضافة رقم، أو جلب بيانات من الذاكرة. وعادة، مع تدفق التعليمات عبر الجهاز، يكون جزء واحد فقط نشطاً في أي وقت معين. وهذا يعني أن كل خطوة متسلسلة من العملية بأكملها يجب أن تكتمل قبل أن تتمكن من حفظ النتيجة. ولكن إضافة خط أنابيب التعليمات يغير هذا. ففي مثل هذه الأجهزة، سوف "تتطلع وحدة المعالجة المركزية إلى الأمام" وتبدأ في جلب التعليمات التالية بينما لا تزال التعليمات الحالية قيد المعالجة. وفي أسلوب خط التجميع هذا ، لا تزال أي تعليمة تتطلب نفس الوقت حتى تكتمل، ولكن بمجرد الانتهاء من تنفيذها، تكون التعليمات التالية مباشرة بعد ذلك، مع اكتمال معظم الخطوات المطلوبة لتنفيذها بالفعل.

تستخدم معالجات المتجهات هذه التقنية مع خدعة إضافية. نظرًا لأن تخطيط البيانات يكون بتنسيق معروف - مجموعة من الأرقام مرتبة بشكل متسلسل في الذاكرة - يمكن ضبط خطوط الأنابيب لتحسين أداء عمليات الاسترجاع. عند تلقي تعليمات متجهة، تقوم أجهزة خاصة بإعداد الوصول إلى الذاكرة للمصفوفات وحشو البيانات في المعالج بأسرع ما يمكن.

استخدم نهج CDC في STAR ما يُعرف اليوم بهندسة الذاكرة-الذاكرة . يشير هذا إلى الطريقة التي جمعت بها الآلة البيانات. لقد أنشأت خط أنابيبها للقراءة من الذاكرة والكتابة إليها مباشرةً. سمح هذا لـ STAR باستخدام متجهات بطول غير محدود بطول السجلات، مما يجعلها مرنة للغاية. لسوء الحظ، كان لابد أن يكون خط الأنابيب طويلاً للغاية للسماح له بالحصول على تعليمات كافية في الرحلة لتعويض الذاكرة البطيئة. هذا يعني أن الآلة تكبدت تكلفة عالية عند التحول من معالجة المتجهات إلى إجراء عمليات على متغيرات غير متجهة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأداء القياسي المنخفض للآلة يعني أنه بعد حدوث التبديل وتشغيل الآلة لتعليمات قياسية، كان الأداء ضعيفًا للغاية [ بحاجة لمصدر ] . كانت النتيجة أداءً مخيبًا للآمال إلى حد ما في العالم الحقيقي، وهو شيء ربما كان من الممكن التنبؤ به من خلال قانون أمدال .

نهج كراي

درس كراي فشل STAR وتعلم منه [ بحاجة لمصدر ] . وقرر أنه بالإضافة إلى معالجة المتجهات السريعة، فإن تصميمه يتطلب أيضًا أداءً قياسيًا شاملاً ممتازًا. وبهذه الطريقة، عندما تقوم الآلة بتبديل الأوضاع، فإنها ستظل توفر أداءً متفوقًا. بالإضافة إلى ذلك، لاحظ أنه يمكن تحسين أحمال العمل بشكل كبير في معظم الحالات من خلال استخدام السجلات .

وكما تجاهلت الآلات السابقة حقيقة أن معظم العمليات كانت تُطبق على العديد من نقاط البيانات، تجاهلت STAR حقيقة أن نقاط البيانات نفسها كانت ستُشغَّل بشكل متكرر. وفي حين كان STAR يقرأ ويعالج نفس الذاكرة خمس مرات لتطبيق خمس عمليات متجهية على مجموعة من البيانات، كان من الأسرع بكثير قراءة البيانات في سجلات وحدة المعالجة المركزية مرة واحدة، ثم تطبيق العمليات الخمس. ومع ذلك، كانت هناك قيود على هذا النهج. كانت السجلات أكثر تكلفة بشكل كبير من حيث الدوائر، لذلك لم يكن من الممكن توفير سوى عدد محدود منها. وهذا يعني أن تصميم Cray سيكون أقل مرونة من حيث أحجام المتجهات. فبدلاً من قراءة أي متجه بأي حجم عدة مرات كما في STAR، كان على Cray-1 قراءة جزء فقط من المتجه في كل مرة، ولكن يمكنه بعد ذلك تشغيل عدة عمليات على تلك البيانات قبل كتابة النتائج مرة أخرى في الذاكرة. ونظراً لأحمال العمل النموذجية، شعرت Cray أن التكلفة الصغيرة التي تكبدتها بسبب الاضطرار إلى تقسيم عمليات الوصول المتسلسلة الكبيرة إلى أجزاء كانت تكلفة تستحق الدفع.

نظرًا لأن عملية المتجه النموذجية تتضمن تحميل مجموعة صغيرة من البيانات في سجلات المتجه ثم تشغيل العديد من العمليات عليها، فإن نظام المتجه في التصميم الجديد كان له خط أنابيب منفصل خاص به. على سبيل المثال، تم تنفيذ وحدات الضرب والجمع كأجهزة منفصلة، ​​لذلك يمكن نقل نتائج واحدة داخليًا إلى الوحدة التالية، حيث تم التعامل مع فك التعليمات بالفعل في خط الأنابيب الرئيسي للجهاز. أشار كراي إلى هذا المفهوم باسم التسلسل ، لأنه يسمح للمبرمجين "بربط" العديد من التعليمات معًا واستخراج أداء أعلى.

أداء

في عام 1978، اختبر فريق من مختبر أرجون الوطني مجموعة متنوعة من أحمال العمل النموذجية على جهاز Cray-1 كجزء من اقتراح لشراء جهاز لاستخدامهم، ليحل محل جهاز IBM 370/195 الخاص بهم . كما خططوا أيضًا للاختبار على جهاز CDC STAR-100 وجهاز Burroughs Scientific Computer، ولكن مثل هذه الاختبارات، إذا تم إجراؤها، لم يتم نشرها. أجريت الاختبارات على جهاز Cray-1 في المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) في بولدر، كولورادو . كان جهاز Cray الوحيد الآخر المتاح في ذلك الوقت هو الموجود في لوس ألاموس، ولكن الوصول إلى هذا الجهاز يتطلب تصريحًا من Q. [ 8]

تم الإبلاغ عن الاختبارات بطريقتين. كانت الطريقة الأولى هي التحويل الأدنى المطلوب لتشغيل البرنامج بدون أخطاء، ولكن دون محاولة الاستفادة من متجه Cray. تضمنت الطريقة الثانية مجموعة معتدلة من التحديثات على الكود، وغالبًا ما كانت تعمل على فك الحلقات حتى يمكن تحويلها إلى متجهات. بشكل عام، كانت التحويلات الدنيا تعمل بنفس سرعة 370 تقريبًا إلى ضعف أدائها (يرجع ذلك في الغالب إلى نطاق أس أكبر على Cray)، لكن المتجهات أدت إلى زيادات أخرى بين 2.5 و10 مرات. في أحد برامج المثال، الذي أجرى تحويل فورييه سريعًا داخليًا ، تحسن الأداء من 47 مللي ثانية في IBM إلى 3. [8]

وصف

لوحة الذاكرة، الجانب الآخر هو نفسه - تحتوي على 4096 كلمة مكونة من 64 بت

كانت الآلة الجديدة أول تصميم لـ Cray يستخدم الدوائر المتكاملة (ICs). وعلى الرغم من توفر الدوائر المتكاملة منذ الستينيات، إلا أنها لم تصل إلى الأداء اللازم للتطبيقات عالية السرعة إلا في أوائل السبعينيات. استخدمت Cray-1 أربعة أنواع مختلفة فقط من الدوائر المتكاملة، بوابة ECL مزدوجة 5-4 NOR (بوابة واحدة ذات 5 مدخلات وأخرى ذات 4 مدخلات، كل منها بمخرج تفاضلي)، [9] وبوابة MECL 10K 5-4 NOR أخرى أبطأ تستخدم لتوزيع العناوين، وذاكرة وصول عشوائي ثابتة عالية السرعة 16 × 4 بت (6 نانوثانية) (SRAM) تستخدم للسجلات وذاكرة وصول عشوائي ثابتة 1024 × 1 بت 48 نانوثانية تستخدم للذاكرة الرئيسية. تم توفير هذه الدوائر المتكاملة من قبل شركة Fairchild Semiconductor و Motorola . [10] وفي المجموع، احتوى Cray-1 على حوالي 200000 بوابة.

تم تركيب الدوائر المتكاملة على لوحات دوائر مطبوعة كبيرة مكونة من خمس طبقات ، مع ما يصل إلى 144 دائرة متكاملة لكل لوحة. ثم تم تركيب اللوحات ظهرًا لظهر للتبريد (انظر أدناه) ووضعها في أربعة وعشرين رفًا بارتفاع 28 بوصة (710 مم) تحتوي على 72 لوحة مزدوجة. تتطلب الوحدة النموذجية (وحدة المعالجة المميزة) لوحة واحدة أو لوحتين. في المجموع، تحتوي الآلة على 1662 وحدة في 113 نوعًا.

كان كل كابل بين الوحدات عبارة عن زوج مجدول ، مقطوع بطول معين لضمان وصول الإشارات في الوقت المناسب تمامًا وتقليل الانعكاس الكهربائي. كانت كل إشارة تنتجها دوائر ECL عبارة عن زوج تفاضلي، لذلك كانت الإشارات متوازنة. كان هذا يميل إلى جعل الطلب على مصدر الطاقة أكثر ثباتًا وتقليل ضوضاء التبديل. كان الحمل على مصدر الطاقة متوازنًا بالتساوي لدرجة أن شركة Cray كانت تتفاخر بأن مصدر الطاقة غير منظم. بالنسبة لمصدر الطاقة، بدا نظام الكمبيوتر بأكمله وكأنه مقاوم بسيط.

لقد أحدثت الدوائر الكهربائية عالية الأداء حرارة كبيرة، ولقد بذل مصممو شركة كراي نفس القدر من الجهد في تصميم نظام التبريد كما فعلوا في بقية التصميم الميكانيكي. وفي هذه الحالة، تم إقران كل لوحة دوائر كهربائية بلوحة ثانية، ووضعها ظهرًا لظهر مع وجود صفيحة من النحاس بينهما. كانت الصفيحة النحاسية تنقل الحرارة إلى حواف القفص، حيث كان سائل الفريون الذي يعمل في أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ يسحبها بعيدًا إلى وحدة التبريد الموجودة أسفل الآلة. وقد تأخر إطلاق أول محرك كراي-1 ستة أشهر بسبب مشاكل في نظام التبريد؛ حيث كان الزيت الذي يتم خلطه عادةً مع الفريون للحفاظ على تشغيل الضاغط يتسرب عبر الأختام ويغطي الألواح في النهاية بالزيت حتى يحدث ماس كهربائي. وكان لا بد من استخدام تقنيات لحام جديدة لإغلاق الأنابيب بشكل صحيح.

من أجل الحصول على أقصى سرعة ممكنة من الجهاز، تم ثني الهيكل بالكامل على شكل حرف C كبير. تم وضع أجزاء تعتمد على السرعة من النظام على "الحافة الداخلية" للهيكل، حيث كانت أطوال الأسلاك أقصر. سمح هذا بتقليل وقت الدورة إلى 12.5 نانوثانية (80 ميجا هرتز)، ليس بنفس سرعة 8600 التي تخلى عنها، ولكنها سريعة بما يكفي للتغلب على CDC 7600 وSTAR. قدر المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي أن الإنتاجية الإجمالية للنظام كانت 4.5 أضعاف CDC 7600. [11]

تم بناء Cray-1 كنظام 64 بت ، وهو ما يمثل انحرافًا عن 7600/6600، والتي كانت عبارة عن أجهزة 60 بت (تم التخطيط أيضًا لتغيير 8600). كان العنونة 24 بت، بحد أقصى 1،048،576 كلمة 64 بت (1 ميغا كلمة) من الذاكرة الرئيسية، حيث تحتوي كل كلمة أيضًا على ثمانية بتات تكافؤ بإجمالي 72 بت لكل كلمة. [12] تم توزيع الذاكرة عبر 16 بنك ذاكرة متداخلة ، كل منها بوقت دورة 50 نانوثانية، مما يسمح بقراءة ما يصل إلى أربع كلمات لكل دورة. يمكن أن تحتوي التكوينات الأصغر على 0.25 أو 0.5 ميغا كلمة من الذاكرة الرئيسية. كان الحد الأقصى لنطاق الترددي الكلي للذاكرة 638 ميجابت/ثانية. [12]

تتكون مجموعة السجلات الرئيسية من ثمانية سجلات قياسية (S) بطول 64 بت وثمانية سجلات عناوين (A) بطول 24 بت. وكانت هذه السجلات مدعومة بمجموعة من أربعة وستين سجلاً لكل من S وA للتخزين المؤقت المعروف باسم T وB على التوالي، والتي لا يمكن رؤيتها بواسطة الوحدات الوظيفية. أضاف نظام المتجه ثمانية سجلات متجهة (V) أخرى بطول 64 بت و64 عنصرًا، بالإضافة إلى طول المتجه (VL) وقناع المتجه (VM). وأخيرًا، تضمن النظام أيضًا سجل ساعة في الوقت الفعلي بطول 64 بت وأربعة مخازن تعليمات بطول 64 بت تحتوي كل منها على أربعة وستين تعليمة بطول 16 بت. تم إعداد الأجهزة للسماح بتغذية السجلات المتجهة بكلمة واحدة لكل دورة، بينما تتطلب السجلات العنوانية والسجلات القياسية دورتين. وعلى النقيض من ذلك، يمكن ملء مخزن التعليمات بالكامل المكون من 16 كلمة في أربع دورات.

كان لدى Cray-1 اثني عشر وحدة وظيفية متصلة ببعضها البعض. تم إجراء العمليات الحسابية للعناوين المكونة من 24 بت في وحدة إضافة ووحدة ضرب. يتكون الجزء القياسي من النظام من وحدة إضافة ووحدة منطقية ووحدة تعداد السكان ووحدة تعداد الصفر الأولي ووحدة تحويل. يتكون الجزء المتجهي من وحدات إضافة ومنطقية ووحدات تحويل. تمت مشاركة وحدات الوظيفة ذات الفاصلة العائمة بين الجزء القياسي والمتجهي، وتتكون هذه من وحدات تقريب الجمع والضرب والعكس.

كان النظام محدود التوازي. كان بإمكانه إصدار تعليمة واحدة لكل دورة ساعة، لأداء نظري يبلغ 80  MIPS ، ولكن مع حدوث عملية الضرب والجمع في المتجهات العائمة بالتوازي كان الأداء النظري 160 [13]  MFLOPS. (يمكن لوحدة التقريب المتبادل أيضًا العمل بالتوازي، لكنها لم تقدم نتيجة فاصلة عائمة حقيقية - كانت هناك حاجة إلى ضربين إضافيين لتحقيق القسمة الكاملة.)

نظرًا لأن الآلة صُممت للعمل على مجموعات بيانات كبيرة، فقد خصص التصميم أيضًا دوائر كهربائية كبيرة للإدخال والإخراج . كانت تصميمات Cray السابقة في CDC تتضمن أجهزة كمبيوتر منفصلة مخصصة لهذه المهمة، ولكن لم تعد هناك حاجة إلى ذلك. بدلاً من ذلك، تضمنت Cray-1 أربعة وحدات تحكم بستة قنوات، تم منح كل منها إمكانية الوصول إلى الذاكرة الرئيسية مرة واحدة كل أربع دورات. كانت القنوات بعرض 16 بتًا وتضمنت ثلاثة بتات تحكم وأربعة بتات لتصحيح الأخطاء، لذلك كانت أقصى سرعة نقل كلمة واحدة لكل 100 نانوثانية، أو 500 ألف كلمة في الثانية للجهاز بأكمله.

كان وزن النموذج الأولي، Cray-1A ، 10500 رطل (4800 كجم) بما في ذلك نظام التبريد بالفريون. تم تكوين الجهاز وإمدادات الطاقة الخاصة به بذاكرة رئيسية تتسع لمليون كلمة ، واستهلك حوالي 115 كيلو وات من الطاقة؛ [10] ومن المرجح أن يزيد التبريد والتخزين عن هذا الرقم بأكثر من الضعف. [ بحاجة لمصدر ] عمل الكمبيوتر الصغير Data General SuperNova S/200 كوحدة تحكم في الصيانة (MCU)، والتي تم استخدامها لتغذية نظام تشغيل Cray في النظام في وقت التمهيد، لمراقبة وحدة المعالجة المركزية أثناء الاستخدام، وبشكل اختياري كجهاز كمبيوتر أمامي. تم تسليم معظم أجهزة Cray-1A، إن لم يكن كلها، باستخدام Data General Eclipse اللاحق كوحدة تحكم دقيقة.

كانت موثوقية CRAY-1A منخفضة جدًا وفقًا لمعايير اليوم. في المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى ، والذي كان أحد العملاء الأوائل، تم الإبلاغ عن متوسط ​​الوقت بين أعطال الأجهزة بأنه 96 ساعة في عام 1979. [14] اتخذ سيمور كراي عمدًا قرارات تصميمية ضحت بالموثوقية من أجل السرعة، لكنه حسن تصميماته اللاحقة بعد استجوابه بشأن هذا الأمر. وبالمثل، كان نظام تشغيل Cray (COS) بدائيًا إلى حد ما، ونادرًا ما يتم اختباره وتحديثه أسبوعيًا أو حتى يوميًا في الأيام الأولى.

كراي-1S

كان Cray -1S ، الذي أُعلن عنه في عام 1979، عبارة عن Cray-1 محسّن يدعم ذاكرة رئيسية أكبر تتسع لمليون أو مليونين أو أربعة ملايين كلمة. أصبح من الممكن استخدام ذاكرة رئيسية أكبر من خلال استخدام 4096 دائرة متكاملة ثنائية القطبية ذات 1 بت مع وقت وصول 25 نانوثانية. [15] تم استبدال أجهزة الكمبيوتر الصغيرة من Data General بشكل اختياري بتصميم داخلي 16 بت يعمل بسرعة 80 MIPS. تم فصل نظام الإدخال والإخراج عن الجهاز الرئيسي، وتم توصيله بالنظام الرئيسي عبر قناة تحكم بسرعة 6 ميجابت/ثانية وقناة بيانات عالية السرعة بسرعة 100 ميجابت/ثانية. جعل هذا الفصل جهاز 1S يبدو وكأنه "نصفا Crays" منفصلان ببضعة أقدام، مما سمح بتوسيع نظام الإدخال والإخراج حسب الحاجة. يمكن شراء الأنظمة في مجموعة متنوعة من التكوينات من S/500 بدون I/O و0.5 مليون كلمة من الذاكرة إلى S/4400 بأربعة معالجات I/O و4 ملايين كلمة من الذاكرة.

كراي-1M

تم الإعلان عن Cray -1M في عام 1982، ليحل محل Cray-1S. [16] كان لديه وقت دورة أسرع يبلغ 12 نانوثانية واستخدم ذاكرة وصول عشوائي MOS أقل تكلفة في الذاكرة الرئيسية. تم توفير 1M في ثلاثة إصدارات فقط، M/1200 مع مليون كلمة في 8 بنوك، أو M/2200 وM/4200 مع 2 أو 4 ملايين كلمة في 16 بنكًا. تضمنت كل هذه الأجهزة معالجين أو ثلاثة أو أربعة معالجات إدخال/إخراج، وأضاف النظام قناة بيانات عالية السرعة ثانية اختيارية. يمكن للمستخدمين إضافة جهاز تخزين الحالة الصلبة مع 8 إلى 32 مليون كلمة من ذاكرة الوصول العشوائي MOS.

برمجة

في عام 1978، تم إصدار أول حزمة برامج قياسية لـ Cray-1، والتي تتكون من ثلاثة منتجات رئيسية:

كانت المواقع التي مولتها وزارة الطاقة الأمريكية من مختبر لورانس ليفرمور الوطني ومختبر لوس ألاموس العلمي ومختبرات ساندي الوطنية ومراكز الحواسيب العملاقة التابعة للمؤسسة الوطنية للعلوم (للفيزياء عالية الطاقة) تمثل ثاني أكبر كتلة بنظام مشاركة الوقت كراي (CTSS) التابع لـ LLL. تمت كتابة CTSS بلغة فورتران للذاكرة الديناميكية، والتي سميت في البداية LRLTRAN، والتي كانت تعمل على CDC 7600s ، والتي أعيدت تسميتها بـ CVC (تُنطق "سيفيك") عندما تمت إضافة المتجهات لـ Cray-1. حاولت Cray Research دعم هذه المواقع وفقًا لذلك. كان لاختيارات البرامج هذه تأثيرات على أجهزة الكمبيوتر العملاقة الصغيرة اللاحقة ، والمعروفة أيضًا باسم "crayettes".

لدى NCAR نظام تشغيل خاص به (NCAROS).

طورت وكالة الأمن القومي نظام التشغيل الخاص بها (Folklore) واللغة (IMP مع منافذ Cray Pascal و C و Fortran 90 لاحقًا) [17]

بدأت المكتبات بعروض Cray Research الخاصة و Netlib .

كانت هناك أنظمة تشغيل أخرى، لكن أغلب اللغات كانت تميل إلى أن تكون فورتران أو تعتمد على فورتران. قامت مختبرات بيل ، كدليل على مفهوم قابلية النقل وتصميم الدوائر، بنقل أول مُجمِّع سي إلى كراي-1 (غير متجه). من شأن هذا الإجراء أن يمنح CRI لاحقًا تقدمًا لمدة ستة أشهر على منفذ يونكس كراي-2 على حساب ETA Systems ، وأول فيلم اختبار تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر لشركة Lucasfilm ، مغامرات أندريه ووالي بي .

تميل برامج التطبيقات عمومًا إلى أن تكون إما مصنفة ( مثل الكود النووي أو الكود التحليلي) أو خاصة ( مثل نمذجة خزانات البترول). ويرجع هذا إلى قلة البرامج التي كانت تُشارك بين العملاء وعملاء الجامعات. وكانت الاستثناءات القليلة هي البرامج المناخية والأرصاد الجوية حتى استجابت مؤسسة العلوم الوطنية لمشروع أنظمة الكمبيوتر من الجيل الخامس الياباني وأنشأت مراكز الحواسيب العملاقة الخاصة بها. وحتى في ذلك الوقت، لم يكن يتم مشاركة سوى القليل من الكود.

وبسبب اهتمام شركة Cray بالدعاية، فقد دعمت تطوير برنامج Cray Blitz الذي فاز ببطولة العالم الرابعة (1983) والخامسة (1986) للشطرنج الحاسوبي ، بالإضافة إلى بطولة أمريكا الشمالية للشطرنج الحاسوبي في عامي 1983 و1984 . أما برنامج Chess ، الذي هيمن على اللعبة في سبعينيات القرن العشرين، فقد كان يعمل على أجهزة الكمبيوتر العملاقة من إنتاج شركة Control Data Corporation.

المتاحف

يتم عرض Cray-1s في المواقع التالية:

صور أخرى لـ Cray-1

مراجع

  1. ^ abcdefg دليل مرجعي لأجهزة نظام الكمبيوتر Cray-1 2240004، المراجعة C، النشر: 4 نوفمبر 1977، Cray Research, Inc.
  2. ^ CJ Murray, "The ultimate team player," Archived October 28, 2008, at Wayback Machine Design News , March 6, 1995.
  3. ^ Swaine, Michael (5 أكتوبر 1981). "Tom Swift Meets the Big Boys: Small Firms Beware". InfoWorld . ص. 45 . تم الاسترجاع في 1 يناير 2015 .
  4. ^ "معرض الحاسوب العملاق SCD". NCAR. مؤرشف من الأصل في 7 يونيو 2015. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2010 .
  5. ^ بوديانسكي، ستيفن (2016). محاربو الكود . نيويورك: ألفريد أ. كنوبف. ص 298-300. ISBN 9780385352666.
  6. ^ Rahul Garg (2 يونيو 2013). "استكشاف أداء النقطة العائمة لمعالجات ARM الحديثة". Anandtech .
  7. ^ "مواصفات Apple A13 Bionic".
  8. ^ ab Rudsinski, Larry; Pieper, Gail (January 1979). تقييم أداء الكمبيوتر على Cray-1 (PDF) (تقرير فني). مختبر أرجون الوطني.
  9. ^ Fairchild Semiconductor، "Fairchild 11C01 ECL Dual 5-4 Input OR/NOR Gate"، كتاب بيانات Fairchild ECL، حوالي عام  1972 .
  10. ^ ab Russell, Richard M. (January 1, 1978). "The CRAY-1 computer system". Communications of the ACM . 21 (1): 63–72. doi : 10.1145/359327.359336 . S2CID  28752186.
  11. ^ "معرض الحاسوب الفائق SCD: CRAY1-A". المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاسترجاع في 30 يناير 2016 .
  12. ^ "نظام كمبيوتر Cray-1" (PDF) . Cray Research Inc. مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 أكتوبر 2022.
  13. ^ "تاريخ الشركة - كراي". مؤرشف من الأصل في 12 يوليو 2014.
  14. ^ وودز، أوستن (2006). التنبؤ بالطقس على المدى المتوسط ​​– النهج الأوروبي . سبرينغر. رقم ISBN 978-0-387-26928-3.
  15. ^ JS Kolodzey، "تقنية كمبيوتر CRAY-1"، IEEE Trans. Components, Hybrids, and Manufacturing Technology ، المجلد 4، العدد 3، 1981، ص 181-186.
  16. ^ "كراي تخفض الأسعار". نيويورك تايمز . 14 سبتمبر 1982.
  17. ^ Frontiers of Supercomputing II . تم الاسترجاع في 8 فبراير 2014 .
  18. ^ Cray 1A. متحف تاريخ الكمبيوتر . 1976. تم الاسترجاع في 15 مايو 2012 .
  19. ^ "متحف الكمبيوتر الأمريكي - مجموعة من القطع الأثرية للكمبيوتر". متحف الكمبيوتر الأمريكي .
  20. ^ "حاسب Cray-1 العملاق (#38) والهدايا التذكارية في متحف DigiBarn للحاسبات الآلية . تم الاسترجاع في 15 مايو 2012 .
  21. ^ "انضمام حاسوبين عملاقين غريبين إلى حاسوبين حيين". مؤرشف من الأصل في 26 أبريل 2019. استرجاع 26 أبريل 2019 .
  22. ^ "Cray 1". المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي . مؤرشف من الأصل في 27 ديسمبر 2012. تم الاسترجاع في 15 مايو 2012 .
  23. ^ "المتحف الوطني للطيران والفضاء". مؤرشف من الأصل في 21 يناير 2012. تم الاسترجاع في 21 يناير 2010. هذا الكائن معروض في معرض Beyond The Limits في مبنى National Mall .
  24. ^ "وصول كراي 1". المتحف الوطني للحوسبة . مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2014. تم الاسترجاع في 27 فبراير 2014 .
  25. ^ "حاسب فائق Cray 1A، الرقم التسلسلي 11، عام 1979". NMSI . تم الاسترجاع في 15 مايو 2012 .
  26. ^ TM44354 Dator Cray Research, Inc. Cray Research, Inc. 1976 SAAB Aerospace تم أرشفته في 6 يناير 2011، على موقع Wayback Machine ، ص. 52، Datorföremål+på+TM.pdf. تم استرجاعه في 2012-05-15.
يوجد في ويكيميديا ​​كومنز وسائط متعلقة بـ Cray-1 .
  • دليل مرجعي لأجهزة نظام الكمبيوتر CRAY-1، رقم النشر 2240004 Rev.C 11/77 (الفصول الثلاثة الأولى) - من DigiBarn / Ed Thelen
  • دليل مرجعي لأجهزة نظام الكمبيوتر CRAY-1، رقم النشر 2240004 Rev.C 11/77 (كامل، ممسوح ضوئيًا، PDF)
  • مجموعة من أدلة Cray والوثائق المتوفرة على الإنترنت في Bitsavers
  • مجلة قنوات كراي في مركز تاريخ الحوسبة
  • أدلة ووثائق Cray في مركز تاريخ الحوسبة
  • منشورات مجموعة مستخدمي Cray في مركز تاريخ الحوسبة
  • معرض الحاسوب العملاق التابع للمركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي
  • تعريف Verilog لمنطق وحدة المعالجة المركزية Cray-1A
السجلات
سبقه
CDC 7600
10 ميجا فلوب
 أقوى حاسوب عملاق في العالم
1976-1982 		نجح من قبل
Cray X-MP /4
713 ميجا فلوب
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cray-1&oldid=1248088968"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate