The Transputer

THE TRANSPUTER by Micha Claessen

The  age  of transputers has started. Atari is almost  ready  to 
launch  their transputerboard.  Although transputers are not  so 
new anymore; the industry is using them since a couple of  years 
already  e.g.   in  mainframes  (IBM,   Hewlett  Packard,  Texas
Instruments...).  Now  there  already is a  transputerboard  for 
our everloved ST.  It's called KMAX and comes from KUMA. It's  a 
RISC  Processor Development System  (they call it that way).  It
has  a  15 Mhz T414 32 bit transputer from Inmos  with  7,5 mips 
(million instructions per second).  You can own it for £695   (a 
price  decrease  has recently arrived - it  costed  £995  before 
that)  which is around 2400  Dutch Guilders (ough!).  Therefore, 
you  get  a small yellow  case containing a transputerboard also 
with 256 Kb ram of memory. The Development System also  contains
a Cross-Assembler with an 52 DIN A4 sheets manual. I guess it is
a  very interesting  Add-on for those who are interested in  the 
programming of a transputer and   also   have a lot of money. An 
also very interesting computer is     the ARCHIMEDES from Acorn. 
It's also based on the RISC   principle, but it's no transputer. 
The  fact  that  this computer has a RISC-(I'll  explain  'RISC'
later) design makes it very  fast. 
The ARCHIMEDES  has an 8 Mhz  custom  designed 32 bit processor: 
ARM. It  reaches  a  speed  of  4  MIPS... .............(Million 
Instructions Per Second) and is about 10 times as fast as our ST 
(I'm a bit ashamed to write this down).   I played a game called 
Zarch  on this computer on the HCC days in Utrecht,  and I  must 
admit  that I'm heavily impressed about this computer although I
didn't hear any music from it (it has 2*4 sound channels).   The 
only  disadvantage  of this computer is that  there  isn't  much 
software for it (yet)! 
But..you know that Atari doesn't stand still so we'll  wait  for 
the transputerboard from Atari.  It's gonna be a transputerboard 
containing a T800 transputer from Inmos.  This T800 processor is 
a  successor of the T414 with intern Floating  Point  Arithmetik 
commands  and can be used with a clockcycle of 20  Mhz.  It  can 
reach a speed of 15 MIPS and 1.5 MFLOPS (Million Floating  Point 
Operations  Per Second).  This is about four times as fast as  a 
68020 processor. The transputerboard has 5 Mbyte on board (1 Meg 
is used for video purposes). The hardware environment is  called 
Perihelion  and  Atari  hopes  to  set  the  standard with  this
environment.

It's about time that I try to explain to you the principles of a 
transputer and how it works.

A transputer is a processor based on two pricipals:

1) RISC (Reduced Instruction Set Computer)
2) Parallel Processing

First I'll try to explain the RISC principle.  There is  nothing 
mysterious  about a RISC design.  Most of us already had such  a 
computer based on an reduced instruction set chip (  C-64, Atari 
XL,  Apple...).  The commands were simple instructions. The Z-80 
however  was  a bit complexer.  You could move a whole block  of 
memory with only one instruction. Therefore it has to be a  more 
sophisticated and therefore better chip. Also a cokplex  command 
is e.g a multiply function.  The complexer the commands are  the 
more sophisticated and better the chip has to be.This takes much 
space on the chip.  The idea behind RISC today: The simpler  the 
commands the more space you get for other purposes. You can  use 
the  space e.g. for more registers,  a  cache  memory, built  in 
speed!   An  other  disadvantage of complex processors  ( 80386, 
68030)  is  that  some  instructions are  so complex  that  they 
sometimes  even don't work properly.  This malfuction is  called 
instruction sensitivity. In a good RISC processor most commmands 
take only one clockcycle.
A RISC procesor replaces the complex commands by simple commands
So you can replace such a complex instruction like 'multiply' by 
repeating  an addition often.
Actually  this   number  of  simple instructions is just as fast
as the multiply command  and  all other commands are even  much, 
much faster in a  RISC  chip.  Some RISC processors even can run
hundreds of times  faster  at  some instructions than a  complex
instruction set computer.
A typical RISC architecture is:  40 commands,  2  adress  modes, 
almost  all commands only need one  clockcycle,  150  registers.
The  T800 from  Inmos that is used  in  Atari's  transputerboard 
however isn't really that reduced.I'll talk about the T800 later 
in this article.
Now  I'll  try to explain the Parallel  Processing  priciple. To 
understand  this Priciple, you need to know something about  the 
hardware from Transputers, so I'll first explain something about
the  hardware  of the T414 from Inmos. This transputer has  four
LINKS.These links are used for communication between transputers
and between the transputer and a normal computer. A  link  is  a 
bidirectional serial interface. It has a baudrate of maximal  20 
MBit/s. Actually a 'normal' computer hasn't such a interface  so 
Inmos launched the Link-adapter-chips. They can be connected  on 
the  RS-232 interface. The C011 for example converts the  serial 
link  data  in  a bidirectional  parallel  interface  with   two 
statusregisters.
Also,a Decoder PAL and a Control PAL are used that are important
for communication  between  computer  and transputer.   Further, 
the  Transputer  has  Memory  Managment  but  that  isn't   that
important for understanding parallel processing (I must  control
myself  for talking about things that you're not interested in).
The T-800 also has a very fast 4 Kbyte cache memory in its chip.
Imagine  that  you call a program that runs on a  transputer;  a 
process modell. You can see each part of it as a  process.  Each
process can communicate with an other  process (with the links).
By  a command you can start a process and when the process ends, 
it sends back information.Naturally, a process can start another
command and a group of commands can be  seen as another process.
Processes may be assigned either high or low priority, and there
may be any number of each. 

Maybe you know what  RAY TRACING is. This is a  technique  which  
can generate very realistic images but requires  massive amounts 
of computer power. This is an ideal application  for transputers 
as the  calculations  for  each  pixel (picture  element) on the 
screen  are  indepentent of  one  another  and  so  can  be done
in parallel  on  seperate  processors.   
So parallel processing on  just  one  transputer  isn't   really 
interesting but if you switch some transputers together......... 
you  get  power  which'  limit lies maybe in the bandwith of our
senses (intellectual joke isn't it? ). You know that the   T-800 
has 4 Kbytes Ram on chip so you can split a programm,  send  the 
parts to the transputers (memory used as a buffer) and let  them 
do the job!  This is of course a really very short  intruduction 
to  parallel processing,  but who knows I'll explain a bit  more 
some time.

I'd  now  like to tell more about the T-800 from INMOS,  because  
ATARI  is  gonna  use it in  their  transputerboard.  The  T-800 
transputer  is  a   32  bit CMOS microcomputer  with  a  64  bit 
floating point unit and graphics support.  It has a 4 Kbytes on-
chip  RAM  for  high speed  processing,  a  configurable  memory 
interface  and  four standard  INMOS  communication  links.  The 
processor  speed of a device can be pin-selected in stages  from 
17.5  Mhz  up  to the maximum allowed for  the  part.  A  device 
running at 30 Mhz achieves an instruction throughput of 15 MIPS.   
The 64 bit floating point unit provides single and double length 
operation to the ANSI-IEEE 754-1985 standard for floating  point 
arithmetic.  (the  same as the 68881 ) 1.5 Mflops at 20 Mhz  and 
2.25 Mflops at 30 Mhz (The cray II only has 2000 Mflops !!!!!!!) 
High  performance  graphics support is  provided  by  microcoded 
block  move  instructions which operate at the speed of  memory. 
The T-800 can directly access a linear address space of 4Gbytes.
The T-800 is also pin compatible  with  the T414  so  the  T-800
can be plugged  directly  into  a  circuit designed for a 20 Mhz
version  of  the T-414. The instruction set  achieves  efficient
implementation  of  high  level  languages and  provides  direct
support for the occam model of concurrency  when using  either a
single  transputer  or a network (Occam is a specially  designed
programming  language  for  transputers that  supports  parallel
processing and is designed by INMOS  -  Kuma  also  launches   a 
package called K-Occam at £139.55). Maybe,  some day,  I'll show
you an example of OCCAM.

I'd  now  like to compare some well  known processors  with  the 
T-800.

Processor:                   Whetstones/second single length:

Intel 80286/80287    8 Mhz        300K
IMS T414-20         20 Mhz        663K
NS 32332-32081      15 Mhz        728K
MC 68020/68881   16/12 Mhz        755K
ATT 32000/32100                  1000K
Fairchild Clipper   33 Mhz       2220K
IMS T_800-20        20 Mhz       4000K
IMS T_800-30        30 Mhz       6000K

   So much for this time! 

If you have the need to call me (for some unknown reason) or  you 
want  to  send me a new year's card I give you my address and  my 
telephone number.

Micha Claessen
Winterstraat 1
NL-6086 ED  Neer
tel. 04759-1270