Какие черты транспьютера отличают его от стандартной однокристальной ЭВМ?

В микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем (БИС) — однокристальные микро-ЭВМ (микроконтроллеры), которые предназначены для “интеллектуализации” оборудования различного технологического назначения. Архитектура однокристальных микро-ЭВМ — результат эволюции архитектуры микропроцессоров и микропроцессорных систем, обусловленный стремлением существенно снизить их аппаратные затраты и стоимость.

Однокристальные микро-ЭВМ представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, запоминающее устройства данных, запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые схемы для связи с внешней средой.

Использование однокристальных микро-ЭВМ в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что им, видимо, нет в ближайшем времени альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем.

Основной архитектурной особенностью однокристальных микро–ЭВМ является использование раздельной памяти программ (ПЗУ) и данных (ОЗУ). Такое разделение позволяет упростить выполнение большинства команд и повысить быстродействие микро–ЭВМ.

Однокристальные микро–ЭВМ выпускается обычно в нескольких вариантах:

· без ПЗУ. Этот вариант предназначен для макетирования микропроцессорных систем разработчиками;

· с масочным ПЗУ. Этот вариант обеспечивает массовый выпуск каких–либо типовых микропроцессорных устройств;

· с однократно программируемым ПЗУ Предназначены для комплектации малых серий микропроцессорных устройств, для которых невыгоден выпуск микро–ЭВМ с масочными ПЗУ;

· с перепрограммируемыми ПЗУ со стиранием информации как ультрафиолетовым облучением, так и электрическим сигналом. Используется при макетировании и как альтернатива варианту 3.

Отечественная микроэлектронная промышленность освоила широкомасштабный выпуск однокристальных микро-ЭВМ, к числу которых можно отнести 4-битные микроконтроллеры серий 1814, 1820, 1829 и 1013; 8-битные микро-ЭВМ серии 1816; микроконтроллеры сигнальные (аналоговые микропроцессоры) серии 1813.

Концепция параллелизма давно привлекала внимание специалистов своими потенциальными возможностями повышения производительности и надежности вычислительных систем. В нашей стране с 60-х годов вы­полнялись теоретические, экспериментальные и промышленные разработ­ки в этом направлении. Именно с подобными системами связывается в настоя­щее время перспектива дальнейшего наращивания производительности. Исторически первой промышленной разработкой, ориентирован­ной на массово-параллельные системы стали транспьютеры.

Транспьютер можно определить как интегральную микросхему сверхбольшой степени интеграции (СБИС), содержащую на одном кристалле процессор, память и аппаратно реализованные средства обмена данными (так называемые линки), обеспечивающие непосредственную связь транспьютеров друг с другом. Транспьютер разработан в качестве основного модуля для построения параллельных вычислительных систем.

Термин “транспьютер”, произошедший в результате объединения слов “транзистор” и “компьютер”, отражает основную область его применения — массово-параллельные вычислительные системы, в которых он игра­ет роль базового вычислительного элемента. Некоторые специалисты понимают термин “транспьютер” как назва­ние конкретного продукта фирмы Inmos, другие трактуют его как обоб­щенное наименование микропроцессоров со встроенными межпроцессор­ными интерфейсами. Используется также термин “транспьютеро-подобный микропроцессор”, чтобы, с одной стороны, подчеркнуть, что речь идет не о продукте фирмы Inmos, а, с другой стороны, указать, что микропроцес­сор имеет встроенные линки для образования параллельных систем. Вполне возможно, что стремительное развитие микроэлектроники не позволит термину “транспьютер” устояться, и он будет поглощен более общим -микропроцессор, так как отличительный признак транспьютера — встро­енные межпроцессорные интерфейсы — появятся в том или ином виде у всех микропроцессоров.

Первый транспьютер — Т414 — был представлен фирмой Inmos, Inc. (Бри­столь, Великобритания) в 1983 г. Его основные характеристики:

• разрядность — 32 бит;

• объем внутренней памяти — 2 Кбайта;

• число коммуникационных каналов (линков)- 4;

• скорость обмена по линку — 5, 10, 20 Мбит/с;

• тактовая частота — внешняя — 5МГц, внутренняя — 15 МГц;

• производительность — 10 MIPS.

Широкую доступность и известность транспьютеры получили с 1985 г. Были выпущены модификации с большим объемом памяти (4 Кбайт) и более высокой тактовой частотой — семейство Т-4: Т424, Т425 — 20, 25 и 30 МГц, 16-разрядные модификации — семейство Т-2: Т212, Т222, транспьютеры со встроенным устройством выполнения операций с плавающей точ­кой — семейство Т-8: Т800, Т801, Т805. Производительность этих микро­процессоров достигает 30 MIPS и 4,3 MFLOPS. Выпускается ряд периферийных устройств транспьютерных семейств, к числу которых относятся микросхемы: М212 — контроллер НЖМД стандарта ST506, G412 — графический RGB-контроллер, С004 — программируемые 32-канальные коммутаторы и др.

Высокая степень “функциональной самостоятельности” транспьютера, простота интеграции и наличие периферийных устройств позволяют в короткие сроки создавать системы на их основе. Коммуникационные каналы транспьютера могут осуществлять обмен данными одновременно с вычислениями, практически не снижая производительности процессора. Благодаря этому качеству транспьютеров системы на их основе обладают хорошей масштабируемостью и высоким значением показателя эффективности — производительность/стоимость.