Dagur - 15.08.1986, Síða 13

-vísindL
15. ágúst 1986 - DAGUR - 13
Innan nokkurra ára mun vinnsla með hefðbundnum tölvum sem þessari breytast töluvert, a.m.k.
á sumum sviðum.
Nýjar hugmyndir við
uppbyggingu tölva
Frá árinu 1947 þegar fyrsta
forritanlega tölvan leit dagsins
Ijós, hefur grundvallar upp-
bygging tölva verið sú sama,
þó að tækniþróunin hafi gert
það að verkum að t.d. hraði og
minnisrýmd tölvanna hafi auk-
ist margfalt. Það er fyrst nú
sem að einhverju marki er far-
ið að huga að verulegum breyt-
ingum á grundvallar uppbygg-
ingu tölvanna. I eftirfarandi
grein mun reynt lítillega að
skýra frá nýrri gerð tölva sem
eru í hönnun. Þessar nýju
framtíðartölvur hef ég kosið að
kalla „fjöltölvur“ en á enskri
tungu nefnast þær „paralell
computers“.
David Kuck og starfslið hans í
Illinois háskólanum er um þessar
mundir að vinna að smíði einnar
fyrstu raunverulegu fjöltölvunn-
ar. Þessi nýja gerð tölva er talin
koma til með að breyta allri
tölvuvinnslu og forritunargerð á
nokkuð skömmum tíma þegar
hún fer á almennan markað. Pað
verður í fyrsta lagi í kringum
1992. í sem allra skemmstu máli
nær heitið „fjöltölva" (heitinu
verða gerð betri skil síðar) yfir
tölvur sem ekki er aðeins stjórn-
að af einni örtölvu heldur fjölda
örtölva sem tengdar hafa verið
saman. Við gerð hvers forrits er
hverju verkefni skipt niður á
hverja örtölvu í forritinu sjálfu
og geta örtölvurnar skilað hverri
niðurstöðu samtímis ef þörf
krefur, allt eftir hentugleika
hverrar.
Hugmyndin að þessum fjöl-
tölvum er alls ekki ný. Sam-
kvæmt riti frá miðri 19. öld, sagði
Charles Babbage, sem kallaður
hefur verið „langafi tölvutækn-
innar“, að fljótvirkara væri ef
nokkrar af hans upphugsuðu
reiknivélum væru tengdar saman
til að gefa fleiri niðurstöður á
sama tíma, í stað þess að ein vél
ynni að heilu verkefni. John von
Neuman sem bjó til fyrstu forrit-
anlegu tölvuna árið 1947 sá einn-
ig að hagnýtara væri að tengja
tölvur saman og láta þær skipta
einu verkefni á milli sín. Kostn-
aðurinn vegna allra rafleiðslna,.
tenginga og lampa varð honum
þó um megn svo að hann lagði
hugmyndina á hilluna. í stað þess
hannaði hann tölvu sem skipta
má í þrjá aðalþætti. Minni sem
geymir upplýsingar og skipanir,
reikniverk (örtölvu) sem notar
skipanirnar til að vinna úr upp-
lýsingunum, inntak og úttak.
Hugmynd þessi er ágæt og enn í
notkun en hefur þó einn megin
galla. Aðeins eina aðgerð er hægt
að framkvæma í einu. Þessi
staðreynd gerir það að verkum
að hraði tölva í dag er í raun
mjög takmarkaður.
Hraði tölva er mældur á marg-
an máta. Ein algengasta aðferðin
er að nota eininguna „flop“ en hún
segir til um hversu margar reikn-
isaðgerðir einhver ákveðin tölva
framkvæmir á einni sekúndu.
Þannig er t.d. IMB PC tölvan 0.1
megaflop (getur framkvæmt
100.000 reiknisaðgerðir á hverri
sekúndu). Cray Research Inc. er
fyrirtæki í Minneapolis í Banda-
ríkjunum sem framleiðir t.d.
Cray-2 tölvuna, þá hina sömu og
talin er sú hraðvirkasta í heimin-
um í dag. Hraðinn er 1200 mega-
flop. ETA Systems (bandarískt
fyrirtæki) er að vinna að tölvu
sem á að vera 10.000 megaflop.
Mun þar ærlega þurfa að grípa til
buddunnar góðu. Hvorug þess-
ara tölva er þó fjöltölva þó að
Cray-2 hafi fjórar örtölvur og
ETA-tölvan átta, örtölvurnar eru
ekki tengdar innbyrðis eins og í
fjöltölvum.
En stöldrum nú aðeins við.
Hvers vegna þurfum við í raun
svo hraðvirkar tölvur? Er ekki
meira en nóg að geta framkvæmt
0.1-100 megaflop á einni sek-
úndu? Jú, í mörgum tilfellum.
T.d. á sviði viðskipta þar sem 0.1
megaflop (IBM PC) er oft nægj-
anlegt. Sóknin í hraðvirkari tölv-
ur er einkum frá verkfræðingum,
vísindamönnum, hönnuðum og
fleirum. í langflestum vísinda-
greinum eru ýmsar athuganir í
gangi, hvernig líkan hegðar sér
við mismunandi aðstæður, hvern-
ig vegir og göng eigi að líta út
sem verið er að hanna, hegðun
hafstrauma, rannsóknir slysa,
o.fl. o.fl.
Með núverandi tölvubúnaði
mundi t.d. taka marga klukku-
tíma að líkja í þrívíðu formi eftir
hafstraumum á ákveðnu haf-
svæði. Góð eftirlíking er til af
kjarnorkuslysinu á Three Mile
Island á tölvu en það tekur 10
klst. að keyra forritið sem sýnir
slysið. Fyrir Cray-2, hraðvirkustu
tölvu í heimi, tekur það 3 klst. að
spá fyrir um veðrið í heiminum,
sem gert er á hverjum degi. Peir
sem um það sjá, á alþjóða veður-
fræðistofunni, segja að spáin sé
byggð á lágmarksupplýsingum
sem gera spána mun ónákvæmari
en hún gæti verið. Enn ein þörfin
fyrir hraðvirkari tölvur er að eiga
möguleika að vinna eitthvert
verkefni með fleiri gögnum (upp-
lýsingum), án þess að hraðinn
fari undir ákveðið lágmark
hverju sinni. Það gefur þá
nákvæmari niðurstöðu en ella og
kemur það sér vel á öllum
sviðum.
Sú fjöltölva sem David Kuck
og starfslið hans í Illinois
háskólanum hefur undanfarin
misseri verið að vinna að mun
verða samansett úr nokkrum þús-
undum örtölva. ímyndið ykkur
hraðann! Ef nokkrar Cray-2 tölv-
ur væru tengdar saman væri það
ekki aðeins margmilljóna dollara
verk heldur einnig takmarkað því
að hverju verkefni væri aðeins
hægt að skipta í nokkra hluta.
Betra væri auðvitað að gera eins
og David Kuck og starfslið hans í
Illinois háskólanum gerir, smíðar
fjöltölvur með nokkur þúsund
örtölvum. Hraða þeirrar tölvu
áætla þeir milljón megaflop og
ætla þeir hana til notkunar á sviði
flestra vísindagreina. í eftirfar-
andi töflu er hægt að sjá hraða-
mismun nokkurra tölva sem ein-
hverjir lesendur ættu að þekkja:
IBM PC .............0.1 megaflop
VAX-11/780 ......... 1 megaflop
CRAY-1 ........... 160 megaflop
CRAY XPM-4 .... 1000 megaflop
CRAY-2 .......... 1200 megaflop
16 örtölva fjöltölva
(sem smíðuð hefur
verið í Columbia
Universiti í Banda-
ríkjunum) ........ 256 megaflop
En hver er í raun og veru mun-
urinn á venjulegum tölvum, og
þessum svokölluðu fjöltölvum?
Örlítið var sagt frá því fyrst í
grein þessari en nú skal þeirri
spurningu vera svarað betur. Á
einfaldri mynd lítur aðalupp-
bygging venjulegrar tölvu út
þannig: (Sjá töflu).
Þetta er algengasta uppbygg-
ingin þó svo að vissulega hafi
lengi verið til tölvur sem hvika
frá þessari hugmynd sem er frá
1947. í raun er byggingin líka
margfalt margþættari. Bygging
fjöltölvanna er flóknari og er erf-
itt að sýna hana í svart/hvítri
mynd. Skal því reynt að segja frá
henni í orðum.
Fjöltölva ein sem verið er að
gera í Illinois háskólanum (ekki
þó áðurnefnd tölva David Kucks)
á að vera gerð úr 128 örtölvum og
hefur hlotið nafnið Cedar. Þar
mun hver af 128 örtölvunum vera
tengd með sérstökum rofum, og
hafa aðgang að litlu minni. Átta
örtölvum mun verða pakkað
saman í hóp (167 hópar alls) og
mun hver hópur hafa sameigin-
legt minni. Hóparnir verða
tengdir við risaminni með
rofum, svipað og er í símstöðvar-
kerfum, þetta tryggir að hver
örtölva getur út af fyrir sig haft
samskipti við hvaða hluta risa-
minnisins sem er. í Cedar tölv-
unni eru því þrjár tegundir
minnis: risaminni (1), hópminni
(16) og örtölvuminni (128, eitt
fyrir hverja örtölvu). Skipunum
er svo deilt niður á þessar þrjár
gerðir, þannig að sem minnstur
tími fari í vinnslu gagna og
keyrslu forrita.
Tegundir fjöltölvanna eru
margar og er grunnuppbygging-
Fjöltölva sú er Columbia háskóli í
Bandaríkjum hefur nýlokið smíði á.
unni ekki sett nein glögg
takmörk. Þó koma allar fjöltölv-
ur til með að eiga eitt sameigin-
legt og það er samtenging ein-
hvers fjölda örtölva. Eðlilegt er
að margar spurningar vakni hjá
lesandanum, t.d. hvort ekki sé
erfitt að hafa nokkur þúsund
örtölvur án þess að kerfið eyði
allt of miklum tíma í að senda
upplýsingar og taka á móti upp-
lýsingum, eiga allar örtölvurnar
að hafa aðgang að einu risaminni
eða á hver og ein að hafa lítið
minni fyrir sig, hvernig eiga skip-
anirnar að fara sína leið sem ligg-
ur í gegnum margar örtölvur, og
þannig mætti lengi telja.
Margar fjöltölvur eru nú í
smíðum og hefur þegar verið lok-
ið við smíði á nokkrum. Þær eru
þó ekki mjög stórar, „aðeins“
samansettar úr 4-64 örtölvum.
Ultracomputer Project í New
York hefur hafið smíði á fjöl-
tölvu sem byggð verður úr 4096
örtölvum, mörg japönsk fyrirtæki
hafa þegar hafist handa ásamt
fleiri þjóðum. Stærðirnar eru
misjafnar ein sú stærsta hefur
hingað til verið talin sú tölva sem
David Kuck og starfslið hans í
Illinois háskólanum er að smíða
(allt að 10.000 örtölvur). Hver
verður fyrstur með fjöltölvu sem
verður hægt að nota til allra verk-
efna veit enginn. Mun það þó
brátt fara að gerast því álitið er
að nokkrar af þeim risa fjöltölv-
um sem verið er að smíða munu
verða komnar í gagnið 1988.
Gaman verður að fylgjast með
þessum nýju vinnuhestum þegar
þeir fara að verða almennir í
okkar daglega lífi. Fjöltölvurnar
munu auka til mikilla muna
öryggi í tölvuvinnslu, nákvæmni
og fljótvirkni, jafnframt því sem
kostnaður við tölvukaup og
vinnslu mun lækka.