معالج العناصر غير المتجانسة

تم طرح معالج العناصر غير المتجانسة ( HEP ) [ ^{1 ] من} قِبل شركة دينيلكور في عام 1982. وكان المهندس المعماري لهذا المعالج هو بيرتون سميث . صُمم الجهاز لحل مسائل ديناميكا الموائع لصالح مختبر أبحاث المقذوفات . ^{[ 2 ]} يتكون نظام HEP، كما يوحي اسمه، من العديد من المكونات غير المتجانسة - المعالجات ، ووحدات ذاكرة البيانات، ووحدات الإدخال/الإخراج. وترتبط هذه المكونات عبر شبكة تبديل .

كان استخدام معالج واحد، يُسمى وحدة تنفيذ العمليات (PEM)، في نظام HEP (حيث يمكن توصيل ما يصل إلى 16 وحدة PEM) أمرًا غير تقليدي؛ إذ كان بالإمكان، عبر "قائمة انتظار كلمة حالة البرنامج (PSW)"، إدارة ما يصل إلى 50 عملية في آن واحد على مستوى العتاد. وقد احتوى أكبر نظام تم تسليمه على 4 وحدات PEM. سمحت سلسلة التعليمات ذات المراحل الثماني بتنفيذ تعليمات من ثماني عمليات مختلفة في وقت واحد. في الواقع، لم يكن يُسمح إلا بتعليمات واحدة من عملية معينة بالتواجد في سلسلة التعليمات في أي لحظة. لذلك، لم يكن بالإمكان تحقيق الإنتاجية الكاملة للمعالج البالغة 10 ملايين عملية في الثانية (MIPS) إلا عند تشغيل ثماني عمليات أو أكثر؛ ولم تتمكن أي عملية منفردة من تحقيق إنتاجية تتجاوز 1.25 مليون عملية في الثانية. يُصنف هذا النوع من المعالجة متعددة الخيوط نظام HEP اليوم كمعالج أسطواني ، بينما وصفه مصمموه بأنه معالج MIMD ذو سلسلة تعليمات ^{[ 3 ]} . وكان التنفيذ المادي لوحدة PEM في نظام HEP عبارة عن منطق مقترن بالباعث .

صُنفت العمليات إما على مستوى المستخدم أو على مستوى المشرف. يمكن لعمليات مستوى المستخدم إنشاء عمليات على مستوى المشرف، والتي تُستخدم لإدارة عمليات مستوى المستخدم وتنفيذ عمليات الإدخال والإخراج. كان يُشترط تجميع العمليات من نفس الفئة في واحدة من سبع مهام للمستخدم وسبع مهام للمشرف.

يحتوي كل معالج، بالإضافة إلى قائمة انتظار PSW وخط أنابيب التعليمات، على ذاكرة تعليمات، و2048 سجلًا للأغراض العامة سعة 64 بت ، و4096 سجلًا ثابتًا. وتتميز السجلات الثابتة بأن عمليات الإشراف فقط هي التي يمكنها تعديل محتوياتها. ولا تحتوي المعالجات نفسها على ذاكرة بيانات؛ بل يمكن توصيل وحدات ذاكرة البيانات بشكل منفصل بالشبكة المحولة.

تألفت ذاكرة HEP من ذاكرة تعليمات منفصلة تمامًا (تصل سعتها إلى 128 ميجابايت) وذاكرة بيانات (تصل سعتها إلى 1 جيجابايت). كان المستخدمون يرون كلمات 64 بت، ولكن في الواقع، كانت كلمات ذاكرة البيانات 72 بت، حيث استُخدمت البتات الإضافية للحالة (انظر الفقرة التالية)، والتكافؤ، والوسم، واستخدامات أخرى.

طبّقت HEP نوعًا من الاستبعاد المتبادل ، حيث ارتبطت جميع السجلات والمواقع في ذاكرة البيانات بحالتي "فارغ" و"ممتلئ". تؤدي القراءة من موقع ما إلى ضبط حالته على "فارغ"، بينما تؤدي الكتابة إليه إلى ضبط حالته على "ممتلئ". يمكن للمبرمج السماح للعمليات بالتوقف بعد محاولة القراءة من موقع فارغ أو الكتابة إلى موقع ممتلئ، مما يفرض استخدام الأقسام الحرجة.

كانت الشبكة المحولة ^{[ 4 ]} بين العناصر تُشبه، من نواحٍ عديدة، شبكة حاسوب حديثة. احتوت الشبكة على مجموعات من العُقد، لكل منها ثلاثة روابط. عندما تصل حزمة بيانات إلى عقدة، تستشير جدول التوجيه وتحاول توجيهها إلى أقرب نقطة ممكنة من وجهتها. إذا أصبحت إحدى العُقد مزدحمة، تُمرر أي حزم بيانات واردة دون توجيه. تُرفع أولوية الحزم التي تُعامل بهذه الطريقة؛ فعندما تتنافس عدة حزم على عقدة واحدة، تُوجّه الحزمة ذات الأولوية الأعلى قبل الحزم ذات الأولوية الأقل.

كان نظام الإدخال/الإخراج مكونًا آخر من مكونات الشبكة المُبدَّلة، إذ كان مزودًا بذاكرة خاصة به والعديد من ناقلات DEC UNIBUS الفردية المتصلة بالأقراص والأجهزة الطرفية الأخرى. كما كان النظام قادرًا على حفظ البتات الممتلئة/الفارغة التي لا يمكن رؤيتها مباشرةً في العادة. وقد تبيّن أن أداء نظام الإدخال/الإخراج الأولي كان ضعيفًا للغاية بسبب زمن الاستجابة الطويل في بدء عمليات الإدخال/الإخراج. فقام رون ناتالي (من شركة BRL) وبورتون سميث بتصميم نظام جديد باستخدام قطع غيار على مناديل ورقية في مطعم ستيك محلي، وقاما بتشغيله خلال الأسبوع التالي.

كانت لغة البرمجة الأساسية لتطبيقات فيزياء الطاقة العالية نسخة فريدة من لغة فورتران . ومع مرور الوقت ، أُضيفت لغات C وباسكال و SISAL . كانت صيغة متغيرات البيانات التي تستخدم بتات كاملة-فارغة تُضاف إليها علامة الدولار ($) قبل اسمها. لذا، فإن 'A' يُشير إلى متغير محلي، بينما $A يُشير إلى متغير كامل-فارغ مُؤمِّن. وبالتالي، كان من الممكن حدوث حالة جمود في التطبيق. ومن المشاكل الأخرى، أن عدم استخدام علامة الدولار ($) قد يُؤدي إلى أخطاء عددية غير مقصودة.

كان نظام التشغيل الأول لفيزياء الطاقة العالية هو HEPOS. شارك مايك موس في تطوير نسخة يونكس منه لصالح مختبر أبحاث المقذوفات. لم يكن HEPOS نظام تشغيل شبيهًا بنظام يونكس.

على الرغم من أن أداءه كان معروفًا بتدني تكلفته، إلا أن نظام HEP حظي باهتمام واسع نظرًا لما كان يُعتبر آنذاك ميزات ثورية. فقد كان أداؤه يُضاهي أداء حاسوب من فئة CDC 7600 في عصر Cray-1 . إلى جانب نظامه رباعي الوحدات PEM في مختبر أبحاث المقذوفات ، استأجرت أنظمة HEP كل من مختبر لوس ألاموس ^{[ 1 ]} ، ومختبر أرغون الوطني (وحدة PEM واحدة)، ووكالة الأمن القومي ، وشركة شوكو المحدودة (اليابان، وحدة PEM واحدة). وتُعد شركة ميسرشميت الألمانية (نظام ثلاثي الوحدات PEM) العميل الوحيد الآخر الذي اشتراه. ^{[ 5 ]} كما سلمت شركة دينيلكور نظامًا ثنائي الوحدات PEM إلى جامعة جورجيا مقابل تقديمها الدعم البرمجي (وقد عُرض النظام أيضًا على جامعة ماريلاند). ^{[ 6 ]} وكانت ميسرشميت العميل الوحيد الذي استخدم نظام HEP في تطبيقات عملية، بينما استخدمه العملاء الآخرون لإجراء تجارب على الخوارزميات المتوازية. استُخدم نظام BRL لإعداد فيلم باستخدام برنامج BRL-CAD كتطبيقه الفعلي الوحيد. بدأ العمل على تصميمات أسرع وأكبر لمحطتي HEP-2 وHEP-3، لكنها لم تُستكمل. لاحقًا، تجسّد المفهوم المعماري تحت الاسم الرمزي "هورايزون".

• المعالجة المتعددة (هندسة الحاسوب)
• تقنية تعدد الخيوط المتزامنة
• هيئة النقل الحضري في كراي
• شركة تيرا للكمبيوتر
• VLIW