كراي-1

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 17 صور
الموسوعة الحرة

عرض ثلاثي الأبعاد لكاميرا Cray-1 مع شخصيتين كمقياس للحجم

كان جهاز كراي-1 حاسوبًا فائقًا صممته وصنعته وسوّقته شركة كراي للأبحاث . أُعلن عنه عام 1975، ووُضع أول نظام كراي-1 في مختبر لوس ألاموس الوطني عام 1976. وفي نهاية المطاف، بيع 80 جهاز كراي-1، مما جعله أحد أنجح الحواسيب الفائقة في التاريخ. ولعله اشتهر بشكله الفريد، وهو عبارة عن هيكل صغير نسبيًا على شكل حرف C، تحيط به حلقة من الطاولات الخارجية التي تغطي وحدات التغذية الكهربائية ونظام التبريد.

كان حاسوب Cray-1 العملاق أول حاسوب فائق يُطبّق بنجاح تصميم معالج المتجهات . تُحسّن هذه الأنظمة أداء العمليات الحسابية من خلال تنظيم الذاكرة والسجلات لتنفيذ عملية واحدة بسرعة على مجموعة بيانات كبيرة. طبّقت أنظمة سابقة مثل CDC STAR-100 و ASC هذه المفاهيم، ولكن بطريقة حدّت بشكل كبير من أدائها. عالج Cray-1 هذه المشاكل، وقدّم جهازًا يعمل بسرعة تفوق سرعة أي تصميم مماثل بعدة مرات.

كان سيمور كراي هو المصمم المعماري لجهاز Cray-1 ، وكان ليستر ديفيس، الشريك المؤسس لشركة Cray Research، كبير المهندسين. [ 2 ] وقد واصلوا تصميم العديد من الآلات الجديدة باستخدام نفس المفاهيم الأساسية، وحافظوا على صدارة الأداء حتى تسعينيات القرن العشرين.

رسم تخطيطي ثنائي الأبعاد لطابعة Cray-1 مع تحديد المقياس

تاريخ

عمل سيمور كراي من شركة كونترول داتا (CDC) بين عامي 1968 و1972 على جهاز CDC 8600 ، الذي يُعدّ خليفةً لتصميميه السابقين CDC 6600 و CDC 7600. يتألف جهاز 8600 أساسًا من أربعة أجهزة 7600 مُدمجة في صندوق واحد، مع وضع خاص إضافي يسمح لها بالعمل بتزامن تام بتقنية SIMD .

بدأ جيم ثورنتون، الشريك الهندسي السابق لشركة كراي في التصاميم السابقة، مشروعًا أكثر جذرية يُعرف باسم CDC STAR-100 . وعلى عكس نهج القوة الغاشمة الذي اعتمده جهاز 8600 لتحقيق الأداء الأمثل، اتخذ جهاز STAR مسارًا مختلفًا تمامًا. كان المعالج الرئيسي لجهاز STAR أقل أداءً من معالج 7600، ولكنه أضاف مكونات وتعليمات لتسريع مهام الحواسيب العملاقة الشائعة.

بحلول عام ١٩٧٢، وصل جهاز ٨٦٠٠ إلى طريق مسدود؛ فقد كان معقدًا للغاية لدرجة استحال معها تشغيله بشكل صحيح. حتى أن عطلًا واحدًا في أحد مكوناته كان كفيلًا بتعطيله تمامًا. توجه كراي إلى ويليام نوريس ، الرئيس التنفيذي لشركة كونترول داتا، مُشيرًا إلى ضرورة إعادة تصميمه من الصفر. في ذلك الوقت، كانت الشركة تُعاني من ضائقة مالية شديدة، ومع وجود جهاز ستار قيد التطوير أيضًا، لم يكن بإمكان نوريس استثمار الأموال اللازمة.

نتيجةً لذلك، ترك كراي مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC) وأسس شركة كراي للأبحاث بالقرب من مختبر المركز. في الفناء الخلفي للأرض التي اشتراها في تشيبيوا فولز، ويسكونسن ، بدأ كراي ومجموعة من موظفي مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها السابقين البحث عن أفكار. في البداية، بدا مفهوم بناء حاسوب عملاق آخر مستحيلاً، ولكن بعد أن سافر كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة كراي للأبحاث إلى وول ستريت ووجد مجموعة من المستثمرين المستعدين لدعم كراي، لم يكن هناك حاجة إلا إلى تصميم.

على مدى أربع سنوات، صممت شركة كراي ريسيرش أول حاسوب لها. [ 3 ] في عام 1975،  أُعلن عن جهاز كراي-1 بسرعة 80 ميجاهرتز. بلغ الحماس ذروته، ما أدى إلى منافسة محمومة بين مختبر لورانس ليفرمور الوطني ومختبر لوس ألاموس الوطني للحصول على الجهاز الأول ، 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 كراي ريسيرش 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 المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي في عام 1989. [ 4 ] توقعت الشركة بيع حوالي اثني عشر جهازًا، وحددت سعر البيع بناءً على ذلك، ولكن في نهاية المطاف، بيع أكثر من 80 جهاز كراي-1 من جميع الأنواع، بأسعار تتراوح بين 5 ملايين دولار و8 ملايين دولار. لقد جعل هذا الجهاز سيمور كراي شخصية مشهورة وشركته ناجحة، واستمر ذلك حتى انهيار الحواسيب العملاقة في أوائل التسعينيات.

بناءً على توصية من دراسة ويليام بيري ، اشترت وكالة الأمن القومي الأمريكية جهاز Cray-1 لإجراء أبحاث نظرية في مجال تحليل الشفرات . ووفقًا لبوديانسكي، "على الرغم من أن الروايات التاريخية التقليدية لشركة Cray Research استمرت لعقود في ذكر أن أول عميل للشركة كان مختبر لوس ألاموس الوطني، إلا أن وكالة الأمن القومي الأمريكية كانت في الواقع..." [ 5 ]

خلف حاسوب Cray-1 ذو القدرة الحاسوبية 160 ميجا فلوبس في عام 1982 حاسوب Cray X-MP ذو القدرة الحاسوبية 800 ميجا فلوبس ، وهو أول حاسوب متعدد المعالجة من شركة Cray. وفي عام 1985، ظهر حاسوب Cray-2 المتطور للغاية ، القادر على تحقيق ذروة أداء تبلغ 1.9 جيجا فلوبس، خلفًا للنموذجين الأولين، إلا أنه حقق نجاحًا تجاريًا محدودًا نسبيًا بسبب بعض المشاكل المتعلقة بتحقيق أداء مستدام في التطبيقات العملية.   

بالمقارنة، فإن المعالج في جهاز ذكي نموذجي لعام 2013، مثل Google Nexus 10 أو HTC One ، يعمل بسرعة تقارب 1 جيجا فلوبس، [ 6 ]

خلفية

تتضمن مهام العمل العلمية النموذجية قراءة مجموعات بيانات ضخمة، وإجراء بعض التحويلات عليها، ثم إعادة كتابتها. عادةً ما تكون التحويلات المطبقة متطابقة على جميع نقاط البيانات في المجموعة. على سبيل المثال، قد يضيف البرنامج 5 إلى كل رقم في مجموعة من مليون رقم.

في الحواسيب البسيطة، كان البرنامج يمرّ على جميع الأرقام المليون، ويضيف خمسة، مُنفذاً بذلك مليون تعليمة a = add b, c. داخلياً، يُعالج الحاسوب هذه التعليمة على عدة مراحل. أولاً، يقرأ التعليمة من الذاكرة ويُفكّ شفرتها، ثم يجمع أي معلومات إضافية يحتاجها، في هذه الحالة الرقمين b و c، ثم يُنفّذ العملية ويُخزّن النتائج. والنتيجة النهائية هي أن الحاسوب يحتاج إلى عشرات أو مئات الملايين من الدورات لتنفيذ هذه العمليات.

آلات المتجهات

في نظام STAR، كانت التعليمات الجديدة تُنشئ الحلقات البرمجية نيابةً عن المستخدم. كان المستخدم يُحدد للجهاز مكان تخزين قائمة الأرقام في الذاكرة، ثم يُدخل تعليمة واحدة a(1..1000000) = addv b(1..1000000), c(1..1000000). للوهلة الأولى، يبدو أن التوفير محدود؛ ففي هذه الحالة، يقوم الجهاز بجلب وفك تشفير تعليمة واحدة فقط بدلاً من مليون تعليمة، مما يوفر مليون عملية جلب وفك تشفير، أي ما يُعادل ربع الوقت الإجمالي تقريبًا.

إن التوفير الحقيقي ليس واضحًا للعيان. فمعالج الحاسوب، داخليًا، مُكوّن من عدة أجزاء منفصلة مُخصصة لمهمة واحدة، كجمع عدد أو جلب البيانات من الذاكرة. عادةً، أثناء مرور التعليمات عبر الجهاز، يكون جزء واحد فقط نشطًا في أي لحظة. هذا يعني أن كل خطوة متسلسلة من العملية برمتها يجب أن تكتمل قبل حفظ النتيجة. يُغيّر إضافة خط أنابيب التعليمات هذا الوضع. ففي هذه الأجهزة، "ينظر المعالج إلى الأمام" ويبدأ بجلب التعليمات اللاحقة بينما لا تزال التعليمات الحالية قيد المعالجة. وبهذه الطريقة، تستغرق كل تعليمة نفس الوقت لإكمالها، ولكن بمجرد انتهائها من التنفيذ، تكون التعليمة التالية جاهزة مباشرةً، وقد اكتملت معظم خطوات تنفيذها.

تستخدم معالجات المتجهات هذه التقنية مع ميزة إضافية. نظرًا لأن تخطيط البيانات يكون بتنسيق معروف  - مجموعة من الأرقام مرتبة تسلسليًا في الذاكرة  - يمكن ضبط مسارات المعالجة لتحسين أداء عمليات جلب البيانات. عند استلام تعليمة متجهة، يقوم جهاز خاص بإعداد الوصول إلى الذاكرة للمصفوفات، ثم يُدخل البيانات إلى المعالج بأسرع ما يمكن.

استخدمت شركة CDC في جهاز STAR ما يُعرف اليوم ببنية الذاكرة-الذاكرة ، وهي الطريقة التي جمع بها الجهاز البيانات. فقد أنشأ خط أنابيب للقراءة والكتابة مباشرةً من الذاكرة. سمح هذا لجهاز STAR باستخدام متجهات ذات أطوال غير محدودة بطول المسجلات، مما جعله يتمتع بمرونة عالية. مع ذلك، كان لا بد من أن يكون خط الأنابيب طويلاً جدًا لضمان وجود عدد كافٍ من التعليمات قيد التنفيذ لتعويض بطء الذاكرة. هذا يعني أن الجهاز تكبّد تكلفة عالية عند الانتقال من معالجة المتجهات إلى تنفيذ العمليات على معاملات غير متجهة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأداء القياسي المنخفض للجهاز يعني أنه بعد حدوث الانتقال وتشغيل التعليمات القياسية، كان الأداء ضعيفًا للغاية . وكانت النتيجة أداءً مخيبًا للآمال في الواقع العملي، وهو أمر كان من الممكن، ربما، التنبؤ به باستخدام قانون أمدال .

نهج كراي

درس كراي فشل معالج STAR واستفاد من تجربته . قرر أنه بالإضافة إلى معالجة المتجهات السريعة، سيتطلب تصميمه أداءً قياسيًا ممتازًا في جميع الحالات. وبهذه الطريقة، سيظل الجهاز يقدم أداءً فائقًا حتى عند تغيير أوضاعه. كما لاحظ أيضًا أنه يمكن تحسين أحمال العمل بشكل كبير في معظم الحالات باستخدام المسجلات .

كما تجاهلت الأجهزة السابقة حقيقة أن معظم العمليات تُطبق على نقاط بيانات متعددة، تجاهل جهاز STAR حقيقة أن نقاط البيانات نفسها ستُعالج بشكل متكرر. فبينما كان جهاز STAR يقرأ ويعالج نفس الذاكرة خمس مرات لتطبيق خمس عمليات متجهة على مجموعة بيانات، 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 أغلى بكثير من حيث الدوائر الإلكترونية، لذا لم يكن بالإمكان توفير سوى عدد محدود منها. هذا يعني أن تصميم Cray سيكون أقل مرونة من حيث أحجام المتجهات. فبدلاً من قراءة متجه بأي حجم عدة مرات كما في جهاز STAR، كان على جهاز Cray-1 قراءة جزء فقط من المتجه في كل مرة، ولكنه كان يستطيع بعد ذلك تشغيل عدة عمليات على تلك البيانات قبل كتابة النتائج مرة أخرى إلى الذاكرة. وبالنظر إلى أحمال العمل النموذجية، رأت شركة Cray أن التكلفة البسيطة المترتبة على تقسيم عمليات الوصول التسلسلي الكبيرة إلى أجزاء من الذاكرة كانت تكلفة تستحق الدفع.

بما أن عملية المتجهات التقليدية تتضمن تحميل مجموعة صغيرة من البيانات في سجلات المتجهات ثم تنفيذ عدة عمليات عليها، فقد امتلك نظام المتجهات في التصميم الجديد مسار معالجة منفصلًا. على سبيل المثال، تم تنفيذ وحدتي الضرب والجمع كأجهزة منفصلة، ​​بحيث يمكن تمرير نتائج إحداهما داخليًا إلى الأخرى، بعد أن تتم معالجة فك تشفير التعليمات مسبقًا في مسار المعالجة الرئيسي للجهاز. أطلق كراي على هذا المفهوم اسم " التسلسل "، لأنه يسمح للمبرمجين بربط عدة تعليمات معًا لتحقيق أداء أعلى.

أداء

في عام ١٩٧٨، اختبر فريق من مختبر أرغون الوطني مجموعة متنوعة من أحمال العمل النموذجية على جهاز كراي-١ كجزء من اقتراح لشراء واحد لاستخدامه، ليحل محل جهاز IBM 370/195 الخاص بهم . كما خططوا لإجراء اختبارات على جهازي CDC STAR-100 و Burroughs Scientific Computer ، ولكن هذه الاختبارات، إن أُجريت، لم تُنشر. أُجريت الاختبارات على جهاز كراي-١ في المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) في بولدر، كولورادو . كان جهاز كراي الوحيد الآخر المتاح في ذلك الوقت هو الموجود في لوس ألاموس، ولكن الوصول إلى هذا الجهاز كان يتطلب تصريحًا أمنيًا من الفئة Q. [ ٧ ]

تم الإبلاغ عن نتائج الاختبارات بطريقتين. الأولى كانت عبارة عن الحد الأدنى من التحويلات اللازمة لتشغيل البرنامج دون أخطاء، دون محاولة الاستفادة من تقنية التوجيه المتجهي في معالج Cray. أما الثانية، فتضمنت مجموعة معتدلة من التحديثات على الكود، وغالبًا ما تضمنت فك الحلقات لتسهيل توجيهها متجهيًا. عمومًا، كانت سرعة التحويلات الدنيا مماثلة تقريبًا لسرعة معالج 370، بل وتصل إلى ضعف أدائه تقريبًا (يعود ذلك في الغالب إلى نطاق الأس الأكبر في معالج Cray)، لكن التوجيه المتجهي أدى إلى زيادات إضافية تتراوح بين 2.5 و10 أضعاف. في أحد البرامج التجريبية، الذي أجرى تحويل فورييه سريع داخلي ، تحسن الأداء من 47 مللي ثانية (على جهاز IBM) إلى 3 مللي ثانية. [ 7 ]

وصف

لوحة الذاكرة، الجانب الآخر مماثل - تحتوي على 4096 كلمة 64 بت.

كان الجهاز الجديد أول تصميم من شركة كراي يستخدم الدوائر المتكاملة (ICs). مع أن الدوائر المتكاملة كانت متوفرة منذ ستينيات القرن الماضي، إلا أنها لم تصل إلى الأداء المطلوب للتطبيقات عالية السرعة إلا في أوائل سبعينيات القرن نفسه. استخدم جهاز كراي-1 أربعة أنواع فقط من الدوائر المتكاملة : بوابة NOR ثنائية 5-4 من نوع ECL (بوابة ذات 5 مداخل وأخرى ذات 4 مداخل، لكل منهما مخرج تفاضلي)، [ 8 ] وبوابة NOR أخرى أبطأ من نوع MECL 10K 5-4 تُستخدم لتوزيع العناوين، وذاكرة وصول عشوائي ثابتة (SRAM) عالية السرعة (6  نانوثانية) بسعة 16×4 بت تُستخدم للمسجلات، وذاكرة SRAM بسعة 1024×1 بت وزمن استجابة 48 نانوثانية تُستخدم للذاكرة الرئيسية. وقد تم توريد هذه الدوائر المتكاملة من قبل شركتي فيرتشايلد سيميكوندكتور وموتورولا . [ 9 ] إجمالاً، احتوى جهاز كراي-1 على حوالي 200,000 بوابة. 

تم تركيب الدوائر المتكاملة على لوحات دوائر مطبوعة كبيرة خماسية الطبقات ، يصل عدد الدوائر المتكاملة في كل لوحة إلى 144 دائرة. ثم رُكّبت اللوحات متلاصقةً للتبريد (انظر أدناه) ووُضعت في 24 رفًا بارتفاع 710 مم (28 بوصة) تحتوي على 72 لوحة مزدوجة. تتطلب الوحدة النمطية النموذجية (وحدة المعالجة المنفصلة) لوحة واحدة أو اثنتين. احتوت الآلة إجمالًا على 1662 وحدة نمطية من 113 نوعًا. 

كان كل كابل بين الوحدات عبارة عن زوج ملتوي ، مقطوع بطول محدد لضمان وصول الإشارات في الوقت المناسب تمامًا وتقليل الانعكاس الكهربائي. وكانت كل إشارة صادرة عن دائرة ECL عبارة عن زوج تفاضلي، مما جعل الإشارات متوازنة. وقد ساهم ذلك في جعل الحمل على وحدة التغذية أكثر ثباتًا وتقليل ضوضاء التبديل. كان الحمل على وحدة التغذية متوازنًا بشكل متساوٍ لدرجة أن شركة كراي تفاخرت بأن وحدة التغذية غير مُنظَّمة. بالنسبة لوحدة التغذية، بدا نظام الكمبيوتر بأكمله وكأنه مقاوم بسيط.

ولّدت دوائر ECL عالية الأداء حرارةً كبيرة، ولذا بذل مصممو شركة كراي جهدًا مماثلًا في تصميم نظام التبريد كما فعلوا في باقي التصميم الميكانيكي. في هذه الحالة، وُضعت كل لوحة دوائر كهربائية جنبًا إلى جنب مع صفيحة نحاسية بينهما. نقلت الصفيحة النحاسية الحرارة إلى حواف القفص، حيث سحبها غاز الفريون السائل المتدفق في أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى وحدة التبريد أسفل الجهاز. تأخر طرح أول جهاز كراي-1 ستة أشهر بسبب مشاكل في نظام التبريد؛ إذ كان المُزيّت الذي يُخلط عادةً مع الفريون لتشغيل الضاغط يتسرب عبر موانع التسرب، ويغطي اللوحات بالزيت حتى تتعطل. ولذلك، استُخدمت تقنيات لحام جديدة لإحكام إغلاق الأنابيب.

لتحقيق أقصى سرعة ممكنة للجهاز، تم ثني الهيكل بالكامل على شكل حرف C كبير. وُضعت الأجزاء التي تعتمد سرعتها على الحافة الداخلية للهيكل، حيث كانت أطوال الأسلاك أقصر. سمح هذا بتقليل زمن الدورة إلى 12.5  نانوثانية (80  ميجاهرتز)، وهو ليس بنفس سرعة معالج  8600 الذي كان قد تخلى عنه (8 نانوثانية)، ولكنه سريع بما يكفي للتفوق على معالج CDC 7600 وجهاز STAR. وقدّر المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) أن الإنتاجية الإجمالية للنظام كانت 4.5 أضعاف إنتاجية معالج CDC 7600. [ 10 ]

صُمم جهاز Cray-1 كنظام 64 بت ، على عكس جهازي 7600/6600 اللذين كانا يعملان بنظام 60 بت (وكان من المخطط إجراء تغيير مماثل في جهاز 8600). كانت العنونة 24 بت، بسعة قصوى تبلغ 1,048,576 كلمة من 64 بت (ميغا كلمة واحدة) في الذاكرة الرئيسية، حيث احتوت كل كلمة على ثمانية بتات للتكافؤ، ليصبح المجموع 72 بت لكل كلمة. [ 11 ] وُزعت الذاكرة على 16 بنك ذاكرة متداخلة ، لكل منها  زمن دورة 50 نانوثانية، مما يسمح بقراءة ما يصل إلى أربع كلمات في الدورة الواحدة. ويمكن أن تحتوي التكوينات الأصغر على 0.25 أو 0.5 ميغا كلمة من الذاكرة الرئيسية. بلغ الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي الإجمالي للذاكرة 638  ميغابت/ثانية. [ 11 ]

تألفت مجموعة السجلات الرئيسية من ثمانية سجلات قياسية (S) سعة 64 بت، وثمانية سجلات عناوين (A) سعة 24 بت. وكانت هذه السجلات مدعومة بمجموعة من 64 سجلاً لكل من S وA للتخزين المؤقت، تُعرف باسم T وB على التوالي، والتي لم تكن الوحدات الوظيفية قادرة على رؤيتها. أضاف نظام المتجهات ثمانية سجلات متجهات (V) أخرى، كل منها مكون من 64 عنصرًا و64 بت، بالإضافة إلى سجل طول المتجه (VL) وقناع المتجه (VM). وأخيرًا، تضمن النظام أيضًا سجل ساعة الوقت الحقيقي سعة 64 بت، وأربعة مخازن مؤقتة للتعليمات سعة 64 بت، يحتوي كل منها على 64 تعليمة سعة 16 بت. صُممت الأجهزة بحيث تُغذى سجلات المتجهات بكلمة واحدة في كل دورة، بينما تتطلب سجلات العناوين والقياسية دورتين. في المقابل، يمكن ملء مخزن التعليمات بالكامل (16 كلمة) في أربع دورات.

احتوى جهاز Cray-1 على اثنتي عشرة وحدة وظيفية متصلة بخطوط أنابيب. تم تنفيذ العمليات الحسابية على عناوين 24 بت في وحدة جمع ووحدة ضرب. تألف الجزء القياسي من النظام من وحدة جمع، ووحدة منطقية، ووحدة عد السكان ، ووحدة عد الأصفار البادئة، ووحدة إزاحة. أما الجزء المتجهي، فتألف من وحدات جمع، ووحدات منطقية، ووحدات إزاحة. كانت الوحدات الوظيفية للفاصلة العائمة مشتركة بين الجزأين القياسي والمتجهي، وتألفت هذه الوحدات من وحدات جمع، ووحدات ضرب، ووحدات تقريب المقلوب.

كان النظام محدود التوازي. إذ كان بإمكانه إصدار تعليمة واحدة لكل دورة ساعة، ما يُعطي أداءً نظريًا قدره 80 مليون تعليمة في الثانية (MIPS )، ولكن مع تنفيذ عمليات الضرب والجمع المتجهة للأعداد العشرية بالتوازي، بلغ الأداء النظري 160 [ 12 ] مليون تعليمة في الثانية (MFLOPS). (كان بإمكان وحدة التقريب التبادلي العمل بالتوازي أيضًا، لكنها لم تُنتج نتيجة عدد عشري حقيقي - إذ كانت هناك حاجة إلى عمليتي ضرب إضافيتين لتحقيق قسمة كاملة).  

بما أن الجهاز صُمم للعمل على مجموعات بيانات ضخمة، فقد خُصصت له دوائر إلكترونية كبيرة للإدخال والإخراج . كانت تصاميم كراي السابقة في مركز أبحاث السرطان (CDC) تتضمن حواسيب منفصلة مخصصة لهذه المهمة، ولكن لم تعد هناك حاجة لذلك. بدلاً من ذلك، احتوى جهاز كراي-1 على أربعة متحكمات بست قنوات، تُمنح كل منها إمكانية الوصول إلى الذاكرة الرئيسية مرة واحدة كل أربع دورات. كانت القنوات بعرض 16 بت، وتضمنت ثلاثة بتات للتحكم وأربعة بتات لتصحيح الأخطاء، لذا كانت أقصى سرعة نقل كلمة واحدة لكل 100  نانوثانية، أو 500 ألف كلمة في الثانية للجهاز بأكمله.

كان وزن النموذج الأولي، Cray-1A ، 4800 كيلوغرام (10500 رطل) شاملاً نظام التبريد بالفريون. وبذاكرة رئيسية سعتها مليون كلمة ، استهلك الجهاز ووحدات تزويده بالطاقة حوالي 115 كيلوواط من الطاقة؛ [ 9 ] ومن المرجح أن يكون التبريد والتخزين قد ضاعفا هذا الرقم. استُخدم حاسوب Data General SuperNova S/200 المصغر كوحدة تحكم بالصيانة (MCU)، حيث كان يُستخدم لتشغيل نظام تشغيل Cray عند بدء التشغيل، ولمراقبة وحدة المعالجة المركزية أثناء الاستخدام، وكحاسوب واجهة أمامية اختيارياً. تم تسليم معظم أجهزة Cray-1A، إن لم يكن جميعها، باستخدام وحدة التحكم بالصيانة Data General Eclipse اللاحقة.  

كانت موثوقية جهاز CRAY-1A متدنية للغاية وفقًا لمعايير اليوم. ففي المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى ، الذي كان من أوائل عملاء الجهاز، بلغ متوسط ​​الوقت بين أعطال الأجهزة 96 ساعة في عام 1979. [ 13 ] تعمّد سيمور كراي اتخاذ قرارات تصميمية ضحّت بالموثوقية من أجل السرعة، لكنه حسّن تصاميمه اللاحقة بعد أن وُجّهت إليه أسئلة حول هذا الأمر. وبالمثل، كان نظام تشغيل كراي (COS) بدائيًا إلى حد كبير، ونادرًا ما كان يُختبر ويُحدّث أسبوعيًا أو حتى يوميًا في بداياته.

كراي-1 إس

كان جهاز Cray-1S ، الذي أُعلن عنه عام 1979، نسخةً مُحسّنة من Cray-1، يدعم ذاكرة رئيسية أكبر بسعة مليون أو مليوني أو أربعة ملايين كلمة. وقد أُتيحت هذه الذاكرة الرئيسية الأكبر بفضل استخدام 4096 شريحة ذاكرة وصول عشوائي ثنائية القطبية أحادية البت،  بزمن وصول يبلغ 25 نانوثانية. [ 14 ] وكان من الممكن استبدال الحواسيب الصغيرة من شركة Data General بتصميم داخلي 16 بت. فُصل نظام الإدخال/الإخراج عن الجهاز الرئيسي، ووُصل بالنظام الرئيسي عبر قناة تحكم بسرعة 6 ميجابت/ثانية وقناة بيانات عالية السرعة بسرعة 100 ميجابت/ثانية. جعل هذا الفصل جهاز 1S يبدو كجهازَي Cray "نصفين" يفصل بينهما بضعة أقدام، مما سمح بتوسيع نظام الإدخال/الإخراج حسب الحاجة. كان بالإمكان شراء الأنظمة بتكوينات متنوعة، بدءًا من S/500 بدون إدخال/إخراج وذاكرة بسعة 0.5 مليون كلمة، وصولًا إلى S/4400 بأربعة معالجات إدخال/إخراج وذاكرة بسعة 4 ملايين كلمة.  

كراي-1 إم

حلّ جهاز Cray-1M ، الذي أُعلن عنه عام 1982، محلّ جهاز Cray-1S. [ 15 ] تميّز الجهاز الجديد  بدورة معالجة أسرع تبلغ 12 نانوثانية، واستخدم ذاكرة MOS RAM أقل تكلفة في الذاكرة الرئيسية. توفّر جهاز 1M بثلاثة إصدارات فقط: M/1200 بسعة مليون كلمة موزعة على 8 بنوك، وM/2200 وM/4200 بسعة مليوني أو أربعة ملايين كلمة موزعة على 16 بنكًا. احتوت جميع هذه الأجهزة على معالجين أو ثلاثة أو أربعة معالجات إدخال/إخراج، كما أضاف النظام قناة بيانات عالية السرعة اختيارية ثانية. كان بإمكان المستخدمين إضافة وحدة تخزين صلبة بسعة تتراوح بين 8 و32 مليون كلمة من ذاكرة MOS RAM.

برمجة

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

مثّلت المواقع الممولة من وزارة الطاقة الأمريكية، التابعة لمختبر لورانس ليفرمور الوطني ، ومختبر لوس ألاموس العلمي ، ومختبرات سانديا الوطنية ، ومراكز الحوسبة الفائقة التابعة للمؤسسة الوطنية للعلوم (لفيزياء الطاقة العالية)، ثاني أكبر وحدة في نظام مشاركة الوقت من كراي (CTSS) التابع لمختبر لورانس ليفرمور الوطني. كُتب نظام CTSS بلغة فورتران ذات الذاكرة الديناميكية، وكان يُسمى في البداية LRLTRAN، وكان يعمل على أجهزة CDC 7600 ، ثم أُعيد تسميته إلى CVC (يُنطق "سيفيك") عند إضافة تقنية التوجيه المتجهي لجهاز كراي-1. وقد سعت شركة كراي للأبحاث إلى دعم هذه المواقع وفقًا لذلك. كان لهذه الخيارات البرمجية تأثير على أجهزة الحوسبة الفائقة المصغرة اللاحقة ، والمعروفة أيضًا باسم " كرايت ".

يمتلك المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) نظام تشغيل خاص به (NCAROS).

قامت وكالة الأمن القومي بتطوير نظام التشغيل الخاص بها (Folklore) ولغتها (IMP مع منافذ من Cray Pascal و C و Fortran 90 لاحقًا) [ 16 ].

بدأت المكتبات بعروض شركة Cray Research الخاصة و Netlib .

كانت هناك أنظمة تشغيل أخرى، لكن معظم لغات البرمجة كانت تميل إلى أن تكون فورتران أو مبنية عليها. قامت مختبرات بيل ، كدليل على مفهوم قابلية النقل وتصميم الدوائر، بنقل أول مُترجم للغة سي إلى جهاز كراي-1 (غير المُتجه). منح هذا الإجراء شركة CRI لاحقًا تقدمًا بستة أشهر في تطوير نسخة كراي-2 لنظام يونكس، مما أضر بشركة ETA Systems ، وأدى إلى إنتاج أول فيلم تجريبي مُولّد حاسوبيًا لشركة لوكاس فيلم ، وهو فيلم مغامرات أندريه ووالي بي .

عادةً ما تكون برامج التطبيقات إما سرية ( مثل البرامج النووية وبرامج تحليل الشفرات) أو مملوكة ( مثل برامج نمذجة خزانات النفط). ويعود ذلك إلى قلة البرامج المشتركة بين العملاء والجامعات. وكانت الاستثناءات القليلة هي برامج المناخ والأرصاد الجوية إلى أن استجابت مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية لمشروع أنظمة الحاسوب من الجيل الخامس الياباني وأنشأت مراكز الحوسبة الفائقة التابعة لها. وحتى مع ذلك، لم تكن البرامج المشتركة شائعة.

جزئياً بسبب اهتمام شركة كراي بالدعاية، دعمت الشركة تطوير برنامج كراي بليتز الذي فاز ببطولة العالم الرابعة (1983) والخامسة (1986) لشطرنج الحاسوب ، بالإضافة إلى بطولة أمريكا الشمالية لشطرنج الحاسوب لعامي 1983 و1984 . أما برنامج الشطرنج ، الذي هيمن على الساحة في سبعينيات القرن الماضي، فكان يعمل على الحواسيب العملاقة التابعة لشركة كونترول داتا.

المتاحف

تُعرض أجهزة Cray-1 في المواقع التالية:

صور أخرى لـ Cray-1

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 دليل مرجعي لأجهزة نظام الكمبيوتر Cray-1 2240004، الإصدار C ، تاريخ النشر: 4 نوفمبر 1977، Cray Research, Inc.
  2. ↑ سي جيه موراي، "لاعب الفريق المثالي"، مؤرشف في 28 أكتوبر 2008، في Wayback Machine Design News ، 6 مارس 1995.
  3. ↑ سوين، مايكل (5 أكتوبر 1981). "توم سويفت يواجه الكبار: احذروا أيها الشركات الصغيرة" . إنفوورلد . ص  45. تم الاطلاع عليه في 1 يناير 2015 .
  4. ↑ "معرض الحواسيب العملاقة SCD" . المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي. مؤرشف من الأصل في 7 يونيو 2015. تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2010 .
  5. ↑ بوديانسكي، ستيفن (2016). محاربو البرمجة . نيويورك: ألفريد أ. كنوبف. ص 298-300 . ISBN  9780385352666.
  6. ↑ راهول غارغ (2 يونيو 2013). "استكشاف أداء العمليات الحسابية ذات الفاصلة العائمة في معالجات ARM الحديثة" . أناندتك . مؤرشف من الأصل في 8 يونيو 2013.
  7. 1 2 رودسينسكي، لاري؛ بايبر، غيل (يناير 1979). تقييم أداء الحاسوب على جهاز كراي-1 (ملف PDF) (تقرير فني). مختبر أرغون الوطني.
  8. ↑ شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات، "بوابة فيرتشايلد 11C01 ECL ثنائية المدخلات OR/NOR"، كتاب بيانات فيرتشايلد ECL، حوالي عام 1972 .
  9. 1 2 راسل، ريتشارد م. (1 يناير 1978). "نظام الحاسوب CRAY-1" . اتصالات ACM . 21 (1): 63-72 . doi : 10.1145/359327.359336 . S2CID 28752186 . 
  10. ↑ "معرض الحواسيب العملاقة SCD: CRAY1-A" . المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 30 يناير 2016 .
  11. 1 2 "نظام الكمبيوتر Cray-1" (ملف PDF) . شركة Cray Research Inc. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022.
  12. ↑ "تاريخ الشركة - كراي" . مؤرشف من الأصل في 12 يوليو 2014.
  13. ↑ وودز، أوستن (2006). التنبؤ بالطقس متوسط ​​المدى - النهج الأوروبي . سبرينغر. ISBN 978-0-387-26928-3.
  14. ↑ كولودزي، جيمس س. (يونيو 1981). "تقنية حاسوب CRAY-1". معاملات IEEE في المكونات والهجينة وتكنولوجيا التصنيع . 4 (2): 181-186 . Bibcode : 1981ITCHM...4..181K . doi : 10.1109/TCHMT.1981.1135787 . ISSN 1558-3082 . 
  15. ↑ "كراي تخفض السعر" . صحيفة نيويورك تايمز . 14 سبتمبر 1982.
  16. ↑ آفاق الحوسبة الفائقة II . تم الاطلاع عليه في 8 فبراير 2014 .
  17. ↑ كراي 1A . متحف تاريخ الحاسوب . 1976. تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2012 .
  18. ↑ "متحف ميمز للتكنولوجيا والفنون - مجموعة القطع الأثرية الحاسوبية" . متحف ميمز للتكنولوجيا والفنون .
  19. ↑ "حاسوب كراي-1 العملاق (رقم 38) وتذكارات في متحف ديجي بارن" . متحف ديجي بارن للحاسوب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مايو 2012 .
  20. ↑ "حاسوبان عملاقان من نوع كراي ينضمان إلى الحواسيب الحية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 أبريل 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أبريل 2019 .
  21. ↑ واسون، سمر (حوالي 2021). "كراي 1" . المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي . مؤرشف من الأصل في 22 يوليو 2024. تم الاسترجاع في 21 أكتوبر 2025 .
  22. ↑ "المتحف الوطني للطيران والفضاء" . مؤرشف من الأصل في 21 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 21 يناير 2010. هذا المعروض موجود في معرض "ما وراء الحدود" في مبنى ناشونال مول .
  23. ↑ "وصول جهاز كراي 1" . المتحف الوطني للحوسبة . مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2014. تم الاطلاع عليه في 27 فبراير 2014 .
  24. ↑ "حاسوب Cray 1A العملاق، الرقم التسلسلي 11، حوالي عام 1979" . NMSI . تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2012 .
  25. ↑ TM44354 داتور كراي للأبحاث، شركة كراي للأبحاث، 1976 ساب للفضاء. مؤرشف في 6 يناير 2011، في Wayback Machine ، صفحة 52، Datorföremål+på+TM.pdf. تم الاسترجاع في 15 مايو 2012.