Линейка суперкомпьютеров CDC Cyber класса мэйнфреймов была основной продукцией Control Data Corporation (CDC) в 1970-х и 1980-х годах. В свое время они были предпочтительнейшей компьютерной архитектурой для научных и математически интенсивных вычислений. Они использовались для моделирования потока жидкости, анализа напряжений в материаловедении, анализа электрохимической обработки, [1] вероятностного анализа, [2] энергетических и академических вычислений, [3] моделирования радиационной защиты, [4] и других приложений. В линейку также входили миникомпьютеры Cyber 18 и Cyber 1000. Как и их предшественник, CDC 6600 , они отличались использованием двоичного представления с дополнением до единиц .
Линейка Cyber включала пять различных серий компьютеров:
Первоначально предназначенные для больших офисных приложений, а не для традиционных суперкомпьютерных задач, некоторые из машин Cyber, тем не менее, включали базовые векторные инструкции для повышения производительности в традиционных ролях CDC.
Архитектуры Cyber 70 и 170 были преемниками более ранних серий CDC 6600 и CDC 7600 и, следовательно, разделяли почти все характеристики более ранней архитектуры. Серия Cyber-70 является небольшим обновлением более ранних систем. Cyber-73 в значительной степени имела то же самое аппаратное обеспечение, что и CDC 6400 - с добавлением блока сравнения и перемещения (CMU). Инструкции CMU ускоряли сравнение и перемещение невыровненных по словам 6-битных символьных данных. Cyber-73 можно было сконфигурировать как с одним, так и с двумя ЦП. Двухпроцессорная версия заменила CDC 6500. Как и в случае с CDC 6200, CDC также предлагала Cyber-72. Cyber-72 имел идентичное Cyber-73 аппаратное обеспечение, но добавлял дополнительные тактовые циклы к каждой инструкции, чтобы замедлить его. Это позволило CDC предложить версию с более низкой производительностью по более низкой цене без необходимости разработки нового оборудования. Он также мог поставляться с двумя ЦП. Cyber 74 был обновленной версией CDC 6600. [5] Cyber 76 был по сути переименованным CDC 7600. Ни Cyber-74, ни Cyber-76 не имели инструкций CMU.
Серия Cyber-170 представляла собой переход CDC от дискретных электронных компонентов и сердечниковой памяти к интегральным схемам и полупроводниковой памяти . Модели 172, 173 и 174 используют интегральные схемы и полупроводниковую память, тогда как 175 использует высокоскоростные дискретные транзисторы. [6] Серия Cyber-170/700 представляет собой обновление линейки Cyber-170 конца 1970-х годов.
Центральный процессор (ЦП) и центральная память (ЦП) работали в единицах 60-битных слов . На жаргоне CDC термин «байт» относился к 12-битным сущностям (что совпадало с размером слова, используемым периферийными процессорами). Символы были шестибитными, коды операций были шестибитными, а адреса центральной памяти были 18-битными. Инструкции центрального процессора были либо 15-битными, либо 30-битными. 18-битная адресация, присущая серии Cyber 170, налагала ограничение в 262 144 (256 К) слов основной памяти, которая в этой серии является полупроводниковой памятью. Центральный процессор не имеет инструкций ввода-вывода, полагаясь на периферийные процессорные блоки (ПП) для выполнения ввода-вывода.
Система серии Cyber 170 состоит из одного или двух ЦП , работающих на частоте 25 или 40 МГц, и оснащена 10, 14, 17 или 20 периферийными процессорами (ПП) и до 24 высокопроизводительных каналов для высокоскоростного ввода-вывода . Из-за относительно медленного времени обращения к памяти ЦП (в некоторых моделях инструкции обращения к памяти были медленнее, чем деления с плавающей точкой), более мощные ЦП (например, Cyber-74, Cyber-76, Cyber-175 и Cyber-176) оснащены восемью или двенадцатью словами высокоскоростной памяти, используемой в качестве кэша инструкций. Любой цикл, который помещается в кэш (который обычно называется in-stack ), выполняется очень быстро, без обращения к основной памяти для выборки инструкций. Низкоуровневые модели не содержат стека инструкций. Однако, поскольку в каждое 60-битное слово упаковано до четырех инструкций, некоторая степень предварительной выборки заложена в конструкцию.
Как и в предыдущих системах, серия Cyber 170 имеет восемь 18-битных адресных регистров (A0–A7), восемь 18-битных индексных регистров (B0–B7) и восемь 60-битных регистров операндов (X0–X7). Семь регистров A привязаны к соответствующим им регистрам X. Установка A1–A5 считывает этот адрес и извлекает его в соответствующие регистры X1–X5. Аналогично, установка регистра A6 или A7 записывает соответствующий регистр X6 или X7 в центральную память по адресу, записанному в регистре A. A0 фактически является скретч-регистром.
Высокопроизводительные процессоры состояли из нескольких функциональных блоков (например, сдвиг, приращение, плавающее сложение), что позволяло в некоторой степени параллельно выполнять инструкции. Этот параллелизм позволяет программистам на ассемблере минимизировать влияние медленного времени выборки памяти системы путем предварительной выборки данных из центральной памяти задолго до того, как эти данные понадобятся. Благодаря чередованию независимых инструкций между инструкцией выборки памяти и инструкциями, манипулирующими извлеченным операндом, время, занимаемое выборкой памяти, может быть использовано для других вычислений. С помощью этой техники в сочетании с ручной разработкой плотных циклов, которые помещаются в стек инструкций, опытный программист на ассемблере Cyber может написать чрезвычайно эффективный код, который максимально использует мощность оборудования.
Подсистема периферийного процессора использует технику, известную как ствол и слот, для совместного использования исполнительного устройства; каждый PP имел свою собственную память и регистры, но сам процессор (слот) выполнял по одной инструкции из каждого PP по очереди (ствол). Это грубая форма аппаратного мультипрограммирования . Периферийные процессоры имеют 4096 байт 12-битных слов памяти и 18-битный регистр-аккумулятор. Каждый PP имеет доступ ко всем каналам ввода-вывода и всей центральной памяти системы (CM) в дополнение к собственной памяти PP. Набор инструкций PP не имеет, например, обширных арифметических возможностей и не запускает пользовательский код; цель подсистемы периферийного процессора состоит в обработке ввода-вывода и, таким образом, освобождении более мощного центрального процессора(ов) для выполнения пользовательских вычислений.
Особенностью младших процессоров Cyber является блок сравнения и перемещения (CMU). Он предоставляет четыре дополнительные инструкции, предназначенные для помощи приложениям обработки текста. В отличие от остальных 15- и 30-битных инструкций, это 60-битные инструкции (три фактически используют все 60 бит, остальные используют 30 бит, но для их выравнивания требуется использовать 60 бит). Инструкции следующие: переместить короткую строку, переместить длинную строку, сравнить строки и сравнить сопоставленную строку. Они работают с шестибитными полями (пронумерованными от 1 до 10) в центральной памяти. Например, одна инструкция может указывать «переместить 72-символьную строку, начиная с символа 3 слова 1000, в позицию символа 9 2000». Аппаратное обеспечение CMU не включено в более мощные процессоры Cyber, поскольку циклы, закодированные вручную, могут работать так же быстро или быстрее, чем инструкции CMU.
Более поздние системы обычно работают под управлением NOS (сетевой операционной системы) CDC . Версия 1 NOS продолжала обновляться примерно до 1981 года; версия 2 NOS была выпущена в начале 1982 года, с финальной версией 2.8.7 PSR 871, поставленной в декабре 1997 года, которая по-прежнему имеет незначительные неофициальные исправления ошибок, смягчение последствий Y2K и т. д. в поддержку DtCyber. Помимо NOS, единственными другими операционными системами, обычно используемыми на серии 170, были NOS/BE или ее предшественница SCOPE , продукт подразделения CDC в Саннивейле. Эти операционные системы обеспечивают разделение времени пакетных и интерактивных приложений. Предшественником NOS был Kronos , который широко использовался примерно до 1975 года. Из-за сильной зависимости разработанных приложений от набора символов конкретной установки многие установки предпочитали запускать старые операционные системы, а не преобразовывать свои приложения. Другие установки исправляли более новые версии операционной системы, чтобы использовать старый набор символов для поддержания совместимости приложений.
Разработка Cyber 180 началась в Advanced Systems Laboratory, совместном предприятии по разработке CDC/NCR, основанном в 1973 году и расположенном в Эскондидо, Калифорния. Первоначально семейство машин называлось Integrated Product Line (IPL) и должно было стать заменой виртуальной памяти для линеек продуктов NCR 6150 и CDC Cyber 70. В документации по разработке система IPL также называлась Cyber 80. Язык программистов (SWL), высокоуровневый язык , похожий на Pascal , был разработан для проекта с намерением, чтобы все языки и операционная система (IPLOS) были написаны на SWL. Позднее SWL был переименован в PASCAL-X и в конечном итоге стал Cybil . Совместное предприятие было закрыто в 1976 году, CDC продолжила разработку системы и переименовала Cyber 80 в Cyber 180. Первые машины серии были анонсированы в 1982 году, а анонс продукта для операционной системы NOS/VE состоялся в 1983 году.
Поскольку компьютерный мир стандартизировался до восьмибитного размера байта , клиенты CDC начали настаивать на том, чтобы машины Cyber делали то же самое. Результатом стала новая серия систем, которые могли работать как в 60-, так и в 64-битном режиме. 64-битная операционная система называлась NOS/VE и поддерживала возможности виртуальной памяти оборудования. Более старые 60-битные операционные системы, NOS и NOS/BE , могли работать в специальном адресном пространстве для совместимости со старыми системами.
Настоящие 180-режимные машины — это микрокодированные процессоры, которые могут поддерживать оба набора инструкций одновременно. Их аппаратное обеспечение полностью отличается от более ранних машин 6000/70/170. Небольшой 170-режимный пакет обмена был отображен в гораздо более крупный 180-режимный пакет обмена; в 180-режимном пакете обмена есть идентификатор виртуальной машины (VMID), который определяет, выполняется ли 8/16/64-битный набор инструкций с дополнением до двух 180 или 12/60-битный набор инструкций с дополнением до единиц 170.
В первоначальной линейке было три настоящих 180-х, под кодовыми названиями P1, P2, P3. P2 и P3 были более крупными конструкциями с водяным охлаждением. P2 был разработан в Миссиссоге , Онтарио , той же командой, которая позже разработала меньший P1, а P3 был разработан в Арден-Хиллз, Миннесота . P1 был новым воздушным охлаждением, 60-платным шкафом, разработанным группой в Миссиссоге; P1 работал на токе 60 Гц (не требовались мотор-генераторные установки). Четвертая высококлассная модель 180 990 (под кодовым названием THETA) также разрабатывалась в Арден-Хиллз.
Первоначально 180-е продавались как машины 170/8xx без упоминания о новой 8/64-битной системе внутри. Однако основная программа управления — это программа режима 180, известная как интерфейс окружающей среды (EI). Операционная система 170 (NOS) использовала одну большую фиксированную страницу в основной памяти. Было несколько подсказок, которые внимательный пользователь мог заметить, например, сообщение «building page tables», которое мигало на пульте оператора при запуске, и панели deadstart с 16 (вместо 12) тумблерами на слово PP на P2 и P3.
Периферийные процессоры в настоящих 180-х всегда являются 16-битными машинами со знаковым битом, определяющим, выполняется ли инструкция PP 16/64 бит или 12/60 бит. Однословные инструкции ввода-вывода в PP всегда являются 16-битными инструкциями, поэтому при deadstart PP могут настроить надлежащую среду для запуска как EI плюс NOS, так и существующего у клиента программного обеспечения 170-го режима. Чтобы скрыть этот процесс от клиента, ранее в 1980-х годах CDC прекратила распространение исходного кода для своего пакета Deadstart Diagnostic Sequence (DDS) и превратила его в фирменный пакет Common Tests & Initialization (CTI).
Первоначальная линейка 170/800 была: 170/825 (P1), 170/835 (P2), 170/855 (P3), 170/865 и 170/875. 825 был выпущен изначально после того, как в его микрокод были добавлены некоторые циклы задержки; казалось, что проектировщики в Торонто постарались слишком хорошо, и он был слишком близок к P2 по производительности. Модели 865 и 875 были переделаны на 170/760 головок (один или два процессора с параллельными функциональными блоками в стиле 6600/7600) с большим объемом памяти. 865 использовал обычную память 170; 875 взял свою более быструю основную процессорную память из линейки Cyber 205 .
Через год или два после первоначального выпуска CDC объявила своим клиентам истинные возможности серии 800, и настоящие 180-е были переименованы в 180/825 (P1), 180/835 (P2) и 180/855 (P3). В какой-то момент была представлена модель 815 с задержанным микрокодом, а более быстрый микрокод был восстановлен в модели 825. В конечном итоге THETA была выпущена как Cyber 990 .
В 1974 году CDC представила архитектуру STAR . STAR — это совершенно новая 64-битная конструкция с виртуальной памятью и инструкциями векторной обработки, добавленными для высокой производительности в определенном классе математических задач. Векторный конвейер STAR — это канал памяти-памяти , который поддерживает длины векторов до 65 536 элементов. Задержки векторного конвейера очень большие, поэтому пиковая скорость достигается только при использовании очень длинных векторов. Скалярный процессор был намеренно упрощен, чтобы освободить место для векторного процессора, и он относительно медленный по сравнению с CDC 7600. Таким образом, оригинальный STAR оказался большим разочарованием, когда был выпущен (см. Закон Амдаля ). По лучшим оценкам, было поставлено три системы STAR-100.
Казалось, что все проблемы в STAR были разрешимы. В конце 1970-х годов CDC решила некоторые из этих проблем с помощью Cyber 203. Новое название соответствовало их новому брендингу и, возможно, чтобы дистанцироваться от провала STAR. Cyber 203 содержит переработанную скалярную обработку и слабосвязанную конструкцию ввода-вывода, [a], но сохраняет векторный конвейер STAR. Лучшие оценки утверждают, что два Cyber 203 были поставлены или модернизированы из STAR-100.
В 1980 году был анонсирован преемник Cyber 203, Cyber 205. [7] Первым заказчиком стало Метеорологическое бюро Великобритании в Бракнелле , Англия, и они получили свой Cyber 205 в 1981 году. Cyber 205 заменяет векторный конвейер STAR на переработанные векторные конвейеры: как скалярные, так и векторные блоки использовали интегральные схемы вентильных схем ECL и охлаждались фреоном . Системы Cyber 205 были доступны с двумя или четырьмя векторными конвейерами, причем версия с четырьмя конвейерами теоретически обеспечивала 400 64-битных MFLOP и 800 32-битных MFLOP. Такие скорости редко встречаются на практике, за исключением случаев использования языка ассемблера, созданного вручную . Интегральные схемы вентильных схем ECL содержат по 168 логических вентилей каждая, [8] при этом сети тактового дерева настраивались с помощью ручной регулировки длины коаксиального кабеля. Набор инструкций можно считать V- CISC (очень сложным набором инструкций) среди современных процессоров. Многие специализированные операции облегчают аппаратный поиск, матричную математику и специальные инструкции, которые позволяют дешифровать.
Оригинальный Cyber 205 был переименован в Cyber 205 Series 400 в 1983 году, когда был представлен Cyber 205 Series 600. Series 600 отличается технологией памяти и упаковкой, но в остальном тот же самый. Был установлен один Cyber 205 с четырьмя трубами. Все остальные сайты, по-видимому, являются двухтрубными установками, окончательное количество которых будет определено.
Архитектура Cyber 205 эволюционировала в ETA10 , когда команда разработчиков отделилась от ETA Systems в сентябре 1983 года. Последней разработкой стал Cyber 250, выпуск которого был запланирован на 1987 год по цене 20 миллионов долларов; позже он был переименован в ETA30 после того, как ETA Systems снова вошла в состав CDC.
Каждый Cyberplus (он же Advanced Flexible Processor, AFP) представляет собой 16-битный процессор с дополнительными возможностями 64-битной обработки с плавающей точкой и имеет 256 К или 512 К слов 64-битной памяти. AFP был преемником Flexible Processor (FP), разработка которого началась в 1972 году в условиях черного проекта, нацеленного на обработку данных радаров и фотоизображений. [10] Блок управления FP имел аппаратную сеть для условного выполнения микрокоманд с четырьмя регистрами маски и регистром удержания условия; три бита в формате микрокоманды выбирают среди почти 50 условий для определения выполнения, включая знак результата и переполнение, условия ввода-вывода и управление циклом. [11]
В 1986 году действовало не менее 21 многопроцессорной установки Cyberplus. Эти системы параллельной обработки включают от 1 до 256 процессоров Cyberplus, обеспечивающих производительность 250 MFLOPS каждый, которые подключены к существующей системе Cyber через архитектуру прямого взаимодействия памяти (MIA), которая была доступна в NOS 2.2 для моделей Cyber 170/835, 845, 855 и 180/990.
Физически каждый процессорный блок Cyberplus имел размер типичного модуля мэйнфрейма, аналогичный системам Cyber 180 [12] , точная ширина зависела от того, был ли установлен дополнительный FPU , и весил приблизительно 1 тонну .
Некоторыми сайтами, использующими Cyberplus, были Университет Джорджии и Gesellschaft für Trendanalysen (GfTA) ( Ассоциация анализа тенденций ) в Германии.
Полностью сконфигурированная система Cyberplus с 256 процессорами имела бы теоретическую производительность 64 GFLOPS и весила бы около 256 тонн. По общему мнению, система из девяти блоков была способна выполнять сравнительный анализ (включая предварительную обработку сверток) на изображениях размером 1 мегапиксель со скоростью одна пара изображений в секунду.
Cyber 18 — это 16-разрядный миникомпьютер, который был преемником миникомпьютера CDC 1700. Он в основном использовался в средах реального времени. Одно из примечательных применений — это основа 2550 — коммуникационного процессора, используемого в мэйнфреймах серий CDC 6000 и Cyber 70/Cyber 170. 2550 был продуктом подразделения систем связи CDC в Санта-Ане, Калифорния (STAOPS). STAOPS также производил другой коммуникационный процессор (CP), используемый в сетях, размещенных на мэйнфреймах IBM. Этот M1000 CP, позже переименованный в C1000, появился в результате приобретения Marshall MDM Communications. Для создания 2550 к Cyber 18 был добавлен набор из трех плат.
Cyber 18 в основном программировался на языке Pascal и ассемблере ; также были доступны FORTRAN , BASIC и RPG II . Операционные системы включали RTOS (операционная система реального времени), MSOS 5 (операционная система массового хранения) и TIMESHARE 3 ( система разделения времени ).
«Cyber 18-17» было просто новым названием для System 17, основанной на процессоре 1784. Другие Cyber 18 (Cyber 18-05, 18-10, 18-20 и 18-30) имели микропрограммируемые процессоры с объемом памяти до 128 тыс. слов, четыре дополнительных общих регистра и расширенный набор инструкций. Cyber 18-30 имел два процессора. Специальная версия Cyber 18, известная как MP32, которая была 32-битной вместо 16-битной, была создана для Агентства национальной безопасности для работы по криптоанализу. MP32 имел пакет библиотеки времени выполнения математических вычислений Fortran, встроенный в его микрокод. Советский Союз пытался купить несколько таких систем, и они были построены, когда правительство США отменило заказ. Детали для MP32 были включены в производство Cyber 18. Одним из применений Cyber 18 был мониторинг Аляскинского трубопровода.
M1000 / C1000, позже переименованный в Cyber 1000, использовался в качестве системы хранения и пересылки сообщений, используемой Федеральной резервной системой. Версия Cyber 1000 с удаленным жестким диском использовалась Bell Telephone. Это был процессор RISC ( компьютер с сокращенным набором команд ). Улучшенная версия, известная как Cyber 1000-2 с подсистемой терминации линии, добавила 256 микропроцессоров Zilog Z80 . Bell Operating Companies закупила большое количество этих систем в середине-конце 1980-х годов для передачи данных. В конце 1980-х годов был выпущен XN10 с улучшенным процессором (была добавлена инструкция прямого доступа к памяти), а также с уменьшенным размером с двух корпусов до одного. XN20 был улучшенной версией XN10 с гораздо меньшими габаритами. Подсистема терминирования линии была переработана для использования улучшенного микропроцессора Z180 (плата контроллера буфера, плата программируемого контроллера линии и две платы интерфейса линии связи были объединены в одну плату). XN20 находился на стадии подготовки к производству, когда в 1992 году было закрыто подразделение систем связи.
Джек Ральф был главным архитектором систем Cyber 1000-2, XN-10 и XN-20. Дэн Нэй был главным инженером XN-20.
