Modern informatikai problémák
Szótár kifejezések a gyűjteményben "Számítógépes rendszerek"
Számítógépes rendszerek szisztolikus szerkezettel
Szinonimák: Számítógépes rendszerek szisztolikus szerkezettel; Szisztolikus számítástechnikai rendszerek;
A szisztolikus számítástechnikai rendszerek a SIMD osztályok rendszerei, amelyek fő elve az, hogy rendszeresen és ritmikusan átmennek a tömbön keresztül minden adatot ismételten. Ez lehetővé teszi, hogy jelentősen növelje a hatékonyságot és magas számítógépes teljesítményt érjen el a számítások párhuzamosításával és a szisztolés rendszer külső eszközökkel történő cseréjének csökkentésével.
Így a szisztolés szerkezet olyan feldolgozóelemek homogén számítástechnikai környezete, amely egyesíti a szállítószalag és a mátrix feldolgozás tulajdonságait, és a következő tulajdonságokkal rendelkezik:- a szisztolikus szerkezetek számítási folyamata folyamatos és rendszeres adatátvitel az egyik PE-ből a számítás közbenső eredményeinek tárolása nélkül;
- a bemeneti adatok mindegyik elemét egy alkalommal választják ki a memóriából, és az algoritmushoz szükséges többször használják, az adatbevitel az extrém PE mátrixokra történik;
- a PE szisztolikus struktúra kialakítása ugyanolyan típusú, és mindegyik lehet kevésbé univerzális, mint a hagyományos többprocesszoros rendszerek feldolgozói. A PE típusát a szisztolés mátrix céljának és a térbeli kapcsolatok struktúrájának megfelelően választják (a leggyakoribb processzor elemek a felhalmozódással történő szorzással foglalkoznak);
- az adatáramok és a vezérlőjelek szabályszerűsége, amely lehetővé teszi a PE összekapcsolását a minimális hosszúságú helyi összeköttetésekkel;
- A működési algoritmusok lehetővé teszik a párhuzamosság kombinálását a csővezetékes adatfeldolgozással;
- a mátrix teljesítménye javítható bizonyos számú PE-k hozzáadásával, és a termelékenység növekedési együttható lineáris.
A szisztolés szerkezetek osztályozása
A különböző típusú szisztolikus struktúrák és fejlődési tendenciák elemzése lehetővé teszi e struktúrák több kritériumnak megfelelő osztályozását.
A rugalmasság fokát tekintve szisztolikus struktúrákat különböztetünk meg:- szakosodott;
- algoritmikusan orientált;
- programozható.
Az algoritmikusan orientált struktúrák, amint a nevükből is kitűnik, nem egy adott algoritmushoz, hanem egy bizonyos algoritmusosztályhoz vannak orientálva. Elsősorban olyan algoritmusokról beszélünk, amelyek vektorok, mátrixok és egyéb numerikus készlettel azonos műveletekre vonatkoznak. Bizonyos szerkezetek a kívánt beállítást által végrehajtott algoritmus parciális átprogramozás processzor elemek, másokban - megváltoztatásával konfigurációja linkek a szisztolikus tömb, szoftveresen valósítjuk meg.
Programozható szisztolikus struktúrákban mind a processzorelemek, mind a kapcsolatok konfigurálása lehetséges. Ebben az esetben a PE-nek lehet helyi programmemóriája, és bár mindegyikük ugyanazzal a szervezettel rendelkezik, ugyanabban az időben engedélyezhető egy adott készletből származó különböző műveletek. Az ilyen PE programok memóriájában tárolt parancsok vagy vezérlő szavak megváltoztathatják az operandusok átviteli irányát. A processzorelemek számával megkülönböztetjük a szisztolés struktúrákat:
- egybites;
- multi-bit.
- egydimenziós;
- kétdimenziós;
- háromdimenziós.
A szisztolikus szerkezetek topológiája
Jelenleg különböző kötési geometriájú szisztolés mátrixokat fejlesztettek ki: lineáris, négyzetes, hatszögletű, háromdimenziós és mások.
Minden mátrix konfiguráció leginkább alkalmas bizonyos funkciók végrehajtására, például egy lineáris mátrix optimális valós idejű szűrők megvalósításához; hexagonális - mátrix inverziós műveletek elvégzéséhez, háromdimenziós - a nemlineáris parciális differenciálegyenletek értékének megkereséséhez vagy az antennaméret-jelek feldolgozásához. A leginkább egyetemes és legáltalánosabb, azonban lineáris szerkezetű mátrixokat lehet tekinteni.
Bonyolult problémák megoldásához a szisztolés szerkezet lehet egy-egy mátrix, egy összekapcsolt mátrix komplex hálózata vagy egy feldolgozó felület. A feldolgozó felület alatt egy végtelen négyszögletes PE-rács, ahol minden PE kapcsolódik négy szomszédjához (vagy nagyszámú PE-hez). A feldolgozófelület megvalósításához az egyik legalkalmasabb elem az egyszerű PE vagy transzponderek mátrixa.
Tekintettel arra, hogy a PE mátrix jellemzően alapján végrehajtott nagyszabású integrált áramkörök ebből adódó korlátozást vezetett arra a tényre, hogy a leggyakoribb mátrix egy, két és három adatpályákat és azonos vagy ellentétes irányba történő továbbításának, a továbbiakban ULA, BLA és TLA illetőleg .
Az ULA (Unidirectional Linear Array) egyirányú lineáris processzor-tömb, ahol az adatfolyamok egy irányban mozognak. A tömbben lévő PE-t egy, kettő vagy három útvonal összekapcsolhatja.
A vektortermék-mátrix algoritmus végrehajtása során az egyik adatfolyam jobbra mozog, míg a második a tömbben helyezkedik el. A használt PE egy módosított IPS elem, mivel csak egy adatút van, és a második adatfolyam elemei a PE tömbben vannak tárolva.
A BLA (Bidirectional Linear Array) egy kétirányú lineáris processzor tömb, amelyben két adatáramlás mozog egymás felé. A BLA típusú tömböt, ahol az egyik szálat kiadják, rendszeresen hívják. Az ULA-verzióban a processzorokat hatékonyabban használják, mert a folyam elemei minden egyes sávban követik, és nem az óra által, mint a BLA-ban.
A TLA (háromjáratú kommunikációs vonalas vonal) egy lineáris processzor tömb, amely három kommunikációs útvonalat tartalmaz, amelyekben három adatáramlás különböző irányban mozog. A Kung által javasolt ARMA szűrő a TLA-séma szerint készült. A szűrőnek számos lehetősége van, a kimeneti adatfolyamok számától és a memóriában tárolt értékektől függően. A processzorelemek két IPS-műveletet hajtanak végre, és ezeket gyakran kettős IPS elemnek nevezik. PE használhatja mind a tárolt értékeket, mind a külső adatokat.
A TLA-t gyakran kettős szállítószalagnak nevezik, mivel két BLA típusú lineáris csővezetékre osztható. Ennek megfelelően a TLA két BLA egy közös adatárammal való kombinálásával érhető el.