Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 190
Скачиваний: 11
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Псковский Государственный университет»
Институт промышленных технологий и дизайна
Кафедра информационно-коммуникационных технологий
РЕФЕРАТ
по теме «Микропроцессоры семейства «Эльбрус»
Выполнил студент группы:
Езидов Л.А.
Проверил преподаватель:
Трофимов В.М.
г. Псков
2023 год
Оглавление
| 1. | Вступление | 3 |
| 2. | История создания | 4 |
| 3. | Микропроцессоры с архитектурой SPARC | 5 |
| 4. | Микропроцессоры с архитектурой «Эльбрус» | 7 |
| 5. | Заключение | 16 |
| 6. | Список использованной литературы | 17 |
Вступление
В основе главных инновационных направлений, определяемых любым государством, лежат информационные технологии, эффективность которых напрямую зависит от используемой микропроцессорной базы, в первую очередь универсальных высокопроизводительных микропроцессоров. Определяя номенклатуру микропроцессоров для реализации современных технологий, можно сделать ставку на продукцию международных корпораций. Это подход, который применяют во многих странах. В настоящее время в нашей стране он несколько не оправдан, поскольку ставка на импорт означает утрату высокого статуса страны в его определяющих критериях. Необходимо, чтобы в нашей стране развитие информационных технологий опиралось на широкое использование отечественных микропроцессоров.
Одним из предприятий, которые на протяжении длительного времени занимаются разработкой, изготовлением и внедрением в промышленное производства микропроцессоров занимается ЗАО «МЦСТ» при поддержке ПАО «ИНЭУМ им. И.С.Брука».
Указанными организациями разработаны две линии микропроцессоров «Эльбрус» с собственным программных обеспечением: с архитектурой SPARC и архитектурой «Эльбрус».
История создания
С момента появления вычислительной техники в нашей стране проектирование её высокопроизводительных средств рассматривалось как одна из главных задач отечественной науки и технологии. С конца прошлого века эта задача была связана с необходимостью выполнения новых разработок на основе российских микропроцессоров. Выполнить эту задачу было очень сложно, так как было запланировано создание универсальных вычислительных комплексов, ориентированных на создание различных по сложности задач с большими объёмами данных.
Идея архитектурной линии «Эльбрус», заложенной академиком Лебедевым С.А., родилась в 1969 году из-за необходимости оснащения стратегических систем специального назначения высокопроизводительной техникой. Первый многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-1» на базе TTL-логики был спроектирован и предъявлен государственной комиссии в 1979 году в Институте точной механики и вычислительной техники Академии наук СССР.
В 1985 году прошёл государственные испытания многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-2», который уже был собран на быстродействующих интегральных схемах с эмиттерно-связанной логикой серии ИС-100. Его производительность с 10-ю процессорами составляла 125 млн. операций в секунду.
Опытный образец многопроцессорного вычислительного комплекса «Эльбрус-3» был создан в 1990 году, но его отладка не была завершена из-за прекращения финансирования.
В дальнейшем комплексами «Эльбрус» занимались ЗАО «Московский центр Спарк-технологий» который впоследствии был переименован в ЗАО «МЦСТ».
С 2006 года в разработках ЗАО «МЦСТ» участвует ОАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука» (сейчас ПАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука»).
Микропроцессоры с архитектурой SPARC
Разработка и испытания микропроцессоров на базе спецификаций архитектуры SPARC при освоении микропроцессорных технологий и их дальнейшем усовершенствовании позволил ЗАО «МТЦ» существенно расширить свои проектные возможности. Обеспечив совместимость с аналогами с точки зрения системы команд RISС-класса и программной модели, специалисты ЗАО «МЦСТ» ввели в структуру микропроцессоров большое число усовершенствований, направленных на увеличение производительности. На первом этапе были освоены технологические нормы 350 нм при создании микропроцессора МЦСТ-R150 с тактовой частотой 150 МГц, затем компания перешла к использованию технологии 130 нм и разработала одноядерный микропроцессор МЦСТ-R500 с тактовой частотой 500 МГц. Увеличение производительности микропроцессоров новых поколений достигалось в результате решения проблем, усложняющихся по всему фронту разработки: внедрения современных систем проектирования, создания архитектуры и микроархитектуры кристалла, цифрового проектирования с обеспечением электромагнитной совместимости и целостности сигналов, усовершенствования физического дизайна при наличии все более строгих ограничений на размеры и показатели энергопотребления.
Одновременно с микропроцессорами был реализован набор контроллеров системного класса, обеспечивающих подключение оперативной памяти, периферийных шин, межсистемных каналов, каналов ввода/вывода, и периферийных контроллеров, адаптирующих ряд стандартных и специальных интерфейсов. Большое внимание уделялось разработке конструктива, определяемого назначением средства вычислительной техники (СВТ) и типами форм-фактора.
Основными компонентами системного программного обеспечения стали оптимизирующий компилятор с языков С/С++, две разработанные операционной системы на базе ОС Linux и ОС Solaris и операционная система МСВС (Мобильная система Вооруженных Сил), поддерживающие работу в реальном масштабе времени.
Дальнейшее развитие линии микропроцессоров со SPARC-совместимой архитектурой направлено на реализацию конструктивно-технологических ресурсов производительности. С 2008 года начато серийное производство микропроцессора МЦСТ-R500S (технология 130 нм) с тактовой частотой 500 МГц, представляющего собой систему на кристалле (СНК), которая включает два процессорных ядра, общую кэш-память второго уровня, системный коммутатор, обеспечивающий связь процессоров с общей памятью и периферией, и набор контроллеров, образующих почти полную схему современного компьютера (без оперативной памяти и внешних устройств).
В 2012 году началось серийное производство прошедшей государственные испытания четырехядерной микросхемы МЦСТ-R1000. Она имеет тактовую частоту 1 ГГц и выполнена по технологическим нормам 90 нм. В этом проекте особое внимание было уделено созданию системы на кристалле, позволяющей строить многопроцессорные конфигурации с распределенной когерентной общей оперативной памятью соответственно архитектуре NUMA. Имеющиеся три канала межсистемного обмена дают возможность формировать полносвязные четырехпроцессорные вычислительные системы простым соединением каналов. Они реализованы в составе процессорных модулей МВС4/C и МВС4-РС.
В настоящее время уже разработаны и ведется подготовка к запуску в серийное производство в 2023 году микропроцессоров МЦСТ-R2000 и МЦСТ-R2000+, которые будут иметь по 2 ядра МЦСТ «S1» общего назначения, по 1 ядру МЦСТ «МГА» ускорителя 2D-графики и по 8 ядер ускорителя 3D-графики. Микросхемы будут иметь тактовую частоту до 2000 МГц.
Микропроцессоры с архитектурой «Эльбрус»
Микропроцессорная архитектура «Эльбрус» относится к категории архитектур, использующих принцип широкого командного слова (Very Large Instruction Word, VLIW), когда компилятор формирует для параллельного исполнения последовательности групп команд (широкие командные слова), в которых отсутствуют зависимости между командами внутри группы и сведены к минимуму зависимости между командами в разных группах.
Таким образом в высокой степени используется параллелизм на уровне операций, присутствующий в данном программном коде, достигается большая архитектурная скорость за счет освобождения аппаратуры от функций распараллеливания, присущих суперскалярным архитектурам, и передачи их оптимизирующему компилятору. Это обусловило и другую важнейшую особенность, свойственную архитектуре «Эльбрус», — низкий уровень энергопотребления аппаратуры.
Также в архитектуре «Эльбрус» заложена реализация и других видов (уровней) параллелизма, свойственных вычислительному процессу: векторного параллелизма, параллелизма потоков управления на общей памяти, параллелизма задач в многомашинном комплексе. В качестве принципиального требования к архитектуре разработчики изначально рассматривали обеспечение эффективной двоичной совместимости с архитектурой микропроцессора Intel x86, которая доминирует в сегодняшних универсальных компьютерах. Она реализуется на базе скрытой динамической трансляции и ее поддержки в аппаратуре микропроцессора «Эльбрус». И наконец, к определяющим свойствам новой отечественной архитектуры относится развитая аппаратная поддержка защищенных вычислений (модульного программирования), существенно облегчающая работу программистов при создании больших программных комплексов с ограниченными сроками исполнения.
Эти свойства были реализованы при проектировании одноядерного 64-разрядного микропроцессора «Эльбрус» (технология 130 нм, тактовая частота 300 МГц). На его основе создан вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1», два процессора которого работают на общей памяти с симметричным доступом. Год начала производства комплекса 2010. Комплекс обеспечивает при необходимом уровне безопасности информации высокопроизводительный, многопользовательский, многозадачный и многопроцессорный режим работы, режим работы жёсткого реального времени, осуществляет сетевое взаимодействие с использованием стандартных сетевых протоколов.
Программное обеспечение комплекса включает две версии операционной системы на базе ОС Linux и ОС МСВС, оснащенные средствами поддержки работы в реальном масштабе времени и защищенных вычислений, оптимизирующие компиляторы с языков С, С++ и Фортран, систему двоичной трансляции с платформы Intel x86 на платформу «Эльбрус» и компоненты, способствующие созданию функционального программного обеспечения.
На основе технологии 90 нм первого российского гибридного высокопроизводительного микропроцессора «Эльбрус-2С+», который интегрирует два процессорных ядра архитектуры «Эльбрус» и кластер четырех цифровых сигнальных процессоров (DSP), разработанных ГУП «ЭЛВИС». Основная сфера применения «Эльбрус-2С+» — системы цифровой интеллектуальной обработки сигналов в радарах, анализаторах изображений и других системах.
Процессор «Эльбрус-4С» является логическим продолжением линейки микропроцессоров, построенных на базе архитектуры «Эльбрус». За один такт каждое ядро микропроцессора в состоянии совершить 23 операции, тогда как для микропроцессоров типа RISC этот показатель в несколько раз меньше. У процессора реализована развитая поддержка операций с плавающей запятой. Суммарная вычислительная мощность всех 4-х ядер процессора составляет порядка 50 гигафлопс при одинарной точности и около 25 гигафлопс при двойной точности. Указанный микропроцессор разработан в 2013 и запущен в серийное производство в 2014 году. Процессор создан по технологии 65 нм.
На базе процессоров «Эльбрус-4С» разработаны и запущены в производство:
-
Вычислительные комплексы «Эльбрус 401-PC» и «Эльбрус 401Б-PC» предназначенные для оборудования автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, организации микросерверов и информационных терминалов, применения в промышленной автоматизации и в системах с повышенными требованиями к информационной безопасности. Базовой операционной системой для ВК является ОС «Эльбрус». Она построена на основе ядра Linux и поддерживает множество приложений с открытым исходным кодом, в том числе редактор AbiWord, электронную таблицу GNumeric, браузер Firefox, клиент электронной почты. Имеются средства для разработки прикладного ПО, тесты для самодиагностики аппаратуры. ВК выполнены в корпусе MiniTower. На материнской плате реализован набор периферийных интерфейсов: Gigabit Ethernet, SATA 2.0, IDE, USB 2.0, RS-232, DVI (используется встроенная видеокарта). На плате предусмотрено посадочное место и установлен SSD-диск формата microSATA. Имеется разъём PCI-Express х16 (используются 8 линий), позволяющий устанавливать карты расширения или 3D видеокарту семейства AMD Radeon (установлена в штатной конфигурации). Интерфейс IDE подведён к разъёму карты CompactFlash (используется для нужд двоичного транслятора). ВК позволяют запускать не только ОС «Эльбрус», но также и другие операционные системы, предназначенные для запуска на платформе Intel x86/х86-64, прежде всего Windows XP и различные варианты Linux. Эта возможность обеспечивается программно-аппаратной системой двоичной трансляции. -
Технологический 4-х процессорный сервер Эльбрус-4.1, который предназначен для мониторинга состояния IT-инфраструктуры предприятия. Сервер оснащен 24 ГБ оперативной памяти с поддержкой коррекции ошибок. Корпус высотой 2U предназначен для монтажа в телекоммуникационную стойку 19”. Имеется встроенный твердотельный диск ёмкостью 120 ГБайт и возможность установки до 3 дисков SATA 3,5’’. Сервер оснащён дублирующими блоками питания. Система охлаждения сервера практически бесшумная. В состав сервера Эльбрус-4.1 ТС входит операционная система «Эльбрус». -
Сервер общего назначения «Эльбрус-4.4 1U» и на базе 4-х процессоров позволяет решать инфраструктурные задачи в компактном корпусе высотой 1U, устанавливаемом в стандартную 19″ стойку. Сервер работает на операционной системе «Эльбрус». -
Сервер общего назначения «Эльбрус-4.4» предназначен для создания информационно-вычислительных систем, ориентированных на обработку больших объёмов информации. Позволяет решать инфраструктурные и вычислительные задачи в корпусе высотой 2U, устанавливаемом в стандартную 19″ стойку. Сервер разработан на базе материнской платы MB4C4-CPB либо Эль-2S-4. -
Сервер хранения данных «Эльбрус-4.4 Цэф» предназначен для организации распределённых систем хранения данных (СХД) или отдельных серверов файлового хранения (NAS). Представляет собой 4-процессорный сервер, оснащённый высокопроизводительным контроллером HBA SATA 3.0/SAS и дисковыми корзинами для дисков 3.5". В комплектацию серверов Эльбрус-4.4 ЦЭФ входит операционная система «Эльбрус», которая содержит базовое ПО CEPH. Система CEPH позволяет строить объектную систему хранения данных распределённого типа и одновременно обеспечивать как файловый, так и блочный интерфейсы доступа. Встроенные в CEPH механизмы репликации данных обеспечивают высокую живучесть системы. При добавлении или удалении новых дисков или вычислительных узлов массив автоматически перестраивается с учётом изменений.