Reja: Bir hil hisoblash tuzilmalari (muhitlari)

9. Noan'anaviy arxitekturaning hisoblash tizimlari
Reja:
1. Bir hil hisoblash tuzilmalari (muhitlari)
2. Assotsiativ hisoblash va VS
3. Quyoshga ulanish mashinasi
Annotatsiya: Ko'p protsessorli hisoblash tizimlarining zamonaviy arxitekturasini yaratish uchun muqobil qidiruv va samarali echimlarni aks ettiruvchi ba'zi "noan'anaviy" arxitekturalar ko'rib chiqiladi. Bunday arxitekturalar qatoriga quyidagilar kiradi: transputer tarmoqlarining asosini tashkil etgan bir hil hisoblash muhitlari; "giperkub", adreslashni ulanishlar tuzilishi, sistolik matritsalar bilan birlashtirgan. Assotsiativ xotiradan foydalanishga asoslangan o'z-o'zini o'rganishni boshqarish tizimlarini qurish usuli o'rganiladi. Ommaviy protsessor tizimining amaliy qurilishiga misol keltirilgan. Neyrokompyuterlarni yaratish masalalari o'rganilmoqda.
Kalit so'zlar: bir jinsli hisoblash strukturasi, protsessor elementi, CS, transputer, transputer tarmog'i, komponent, protsessor, taymer, xotira, kontroller, Occam, dasturlash tili, mikroprotsessor, dasturiy ta'minot, sistolik hisoblash sxemasi, sistolik matritsa, ALU, operatsiyalar, parallellashtirish, CS tipi giperkub, giperkub, umumlashtirish, adreslash, analogiya, manzil, sonli integrasiya, massiv, umumiy manzil maydoni, assotsiativ xotira, xususiyat, kalit so‘z, jadval, so‘rov maydoni, javob maydoni, registr, qidiruv, OKMD, o‘z-o‘zini o‘rganish tizimi, tajriba, funksiya , rasmiylashtirish qiyin boʻlgan vazifa, algoritm, buyruq, qoʻlga olish, rasmiylashtirish qiyin boʻlgan nazorat vazifasi, unumdorlikni oshirish, vaziyat nazorati, qiymat, interpolyatsiya qoidasi, vektor, nisbat, masofa, aniqlik, Qoʻshimcha, bilimlar bazasi, tizimni oʻrganish, boshqarish sikl, funktsional boshqaruv, uning ish algoritmi, fikrlash mashinasi, parallel ishlov berish birligi, old kompyuter, aqlli terminal, tugun (matritsa) almashtirgich, aloqa, sekvenser, kiritish-chiqarish quyi tizimi, ip, yuqori darajali buyruq, past darajali buyruq, tezlatkich, RAM - to'g'ridan-to'g'ri manzilli, tasodifiy kirish, Parij, assembler, APL, HLL, dasturiy ta'minot, minimal, sun'iy razvedka (AI ), unumdorlik, neyron tarmoq, sinaptik ulanish, neyron, sinaptik ulanish og'irliklari, chegara qiymatlari, chiziqli shakl, dendrit, akson, neyronga o'xshash element, kirish qatlami, chiqish qatlami, tarmoq, o'rganish rejimi, tanib olish rejimi, orqaga tarqalish algoritmi , ma'lumotnoma, ehtimollik , ekspert tizimi, assotsiativ fikrlashni simulyatsiya qiladi, neyrokompyuter, qattiq havola, SPMD
Bir hil hisoblash tuzilmalari (muhit)
Bir hil hisoblash tuzilmalari yoki muhitlari (HCW), qoida tariqasida, MCMD turiga kiradi va bir xil turdagi protsessor elementlarining (PE) muntazam panjarasini ifodalaydi.
Har bir PEda algoritmik jihatdan to'liq operatsiyalar to'plami, shuningdek, boshqa PElar bilan almashish yoki o'zaro ta'sir qilish operatsiyalari mavjud. Misol uchun, protsessorlarning muntazam ulanishlari bo'lgan panjara rasmda ko'rsatilganidek bo'lishi mumkin. 9.1.
Transputer - tizim komponentlari, taymer, xotira, ketma-ket kirish-chiqish kanallari, tashqi operativ xotiraning o'rnatilgan (bitta chip yoki chipda) oilasi.
Transputer Occam dasturlash tili bilan birgalikda (transputerlar uchun asosiy dasturlash tili) VS tipidagi MKMD.
Mikroprotsessorlarni qurishda integratsiyaning rivojlanishi, ularning funktsiyalarining rivojlanishi tufayli transputerlarning dolzarbligi sezilarli darajada kamayganligini ko'rish oson. Biz ko'rdikki, zamonaviy mikroprotsessor ushbu funktsiyalardan, shu jumladan transputerda amalga oshirilishi kerak bo'lgan o'zaro ta'sirni ta'minlash funktsiyalaridan sezilarli darajada oshib ketdi.
OBCda hisoblash jarayonlarini qurish mumkin. Cheklangan farq sxemalari, tasvirni qayta ishlash, geofizik masalalar, muhitning harakatini modellashtirish (aerodinamik va gidrodinamik masalalar) yaxshi amalga oshirilgan.
Hisoblashning sistolik sxemasi. Bu quvur liniyasi bo'lib, unda ma'lumotlar bir OBC chegarasidan - boshqa chegaraga kirishdan - chiqishdan "to'lqin" shaklida qayta ishlanadi. Biridan keyin boshqa to'lqin kelishi mumkin va hokazo. (. 9.2). Bunday holda, SVO sistolik matritsadir.
Guruch. 9.2. Sistolik hisoblar diagrammasi
Rasmda: birinchi siklda 2-topshiriqning ma'lumotlari kiritiladi va 1-topshiriq sistolik matritsaning birinchi qatori protsessorlari tomonidan hal qilinadi; keyingi siklda 2-topshiriq birinchi daraja tomonidan, 1-topshiriq esa ikkinchi darajadagi protsessorlar tomonidan hal qilinadi, 3-topshiriqning ma'lumotlari kirishga beriladi; uchinchi darajada, yana bir shunga o'xshash siljish sodir bo'ladi va hokazo. Oklar qayta ishlangan ma'lumotlarning mumkin bo'lgan harakatini ko'rsatadi.
Yuqorida ta'kidlanganidek, aslida ko'p funktsiyali ALU-larning bir qismi sifatida quvurlar har bir operatsiya uchun alohida qurilgan. Qo'shish, ko'paytirish va hokazo quvurlar mavjud.
Shu bilan birga, hisob-kitoblarning sistolik sxemasi protsessor matritsasining har bir qatorini ular paydo bo'lish tartibida turli xil operatsiyalarning quvur liniyasi darajalarini parallel bajarish uchun o'rnatish orqali universal dasturlashtiriladigan quvur liniyasini qurishga imkon beradi. Ya'ni, operatsiyalar bajarilayotgan dasturning ko'rsatmalariga binoan sistolik sxemani dinamik ravishda yuklashi mumkin.
Shunday qilib, ALU dasturiga yo'naltirilgan protsessorlarning sistolik matritsasida "uzunligi bo'yicha" parallellashtirish ixtiyoriy topshiriqlar oqimini hal qilishda bo'lgani kabi, "kenglikdagi" parallellashtirish bilan muvaffaqiyatli birlashtiriladi.
SBC yordamida giperkub tipidagi CS ham amalga oshiriladi.
Giperkub - bu ko'rib chiqilayotgan tekis panjaraning umumlashtirilishi, bu erda protsessorlarning (va shunga mos ravishda taqsimlangan xotira bloklarining) manzillari ular orasidagi ulanishlar tuzilishiga bog'liq bo'ladi. n o'lchovli fazo bilan analogiya chiziladi.

Guruch. 9.3. "Hiperkub" hisoblash tizimi: a - ikki o'lchovli, b - uch o'lchovli, c - to'rt o'lchovli
Ikki o'lchovli fazoda bosh nuqtasida cho'qqisi bo'lgan birlik kvadratni olaylik (9.3-rasm, a). Uning uchlari ishlov berish elementlariga (PE) mos kelsin va qirralari ular orasidagi bog'lanishlarga mos kelsin. Cho'qqi koordinatalari tomonidan tuzilgan kod manzil bo'lsin. Keyin ko'rinib turibdiki, PE o'rtasidagi bog'lanishlar manzillar bir bitdan ko'p bo'lmaganda mavjud bo'ladi.
Xuddi shu narsani n = 3 (9.3b-rasm), n = 4 (9.3c-rasm) va boshqalar uchun topish mumkin.
Demak, umumiy holatda «giperkub» quyidagicha hosil bo'ladi. 2n PE, har bir PE aniq n PEga ulangan. PE manzilining uzunligi n ga teng bo'lsa, PElar to'g'ridan-to'g'ri ulanadi, ularning manzillari bir bitdan ko'p bo'lmagan farq qiladi.
"hiperkub" muhim xususiyatlarga ega.

1. 
   "Hiperkub" strukturasidan oddiyroq tuzilmalar osongina olinadi. Masalan, n = 3 uchun HS matritsasi osongina olinadi, bunda, xususan, cheklangan farqlardagi muammolarni hal qilish yaxshidir. Yuqorida ko'rib turganimizdek, uchta PE o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri (tranzit emas) ulanishlar mavjud bo'lgan tekis panjara buning uchun qulaydir (bir ustunda faqat ikkita PE mavjud, shuning uchun ikkita yo'nalishda ulanishga hojat yo'q), rasmda ko'rsatilganidek. . 9.4. Bu erda, manzillarga qo'shimcha ravishda, siz (vaqtinchalik) PE raqamlashni kiritishingiz va bu raqamlarni manzillar bilan yozishmalarga qo'yishingiz mumkin.
   

Guruch. 9.4. Ikki o'lchovli giperkubga asoslangan matritsa VS
Protsessorlar chekli farq usulini (mesh usuli) amalga oshirish uchun tekis panjaraning bir qismini tashkil etdilar. Protsessorlar, masalan, vazifalar, yechim qurilgan maydon bo'ylab "aylanadi".

2. 
   "Giperkub" ning ikkinchi muhim xususiyati - bu vazifaga hisoblash resurslarining zarur bog'langan maydonlarini ajratish imkoniyati. Bu joylar butun "giperkub" o'lchamidan kichikroq o'lchamdagi bo'shliqlarga to'g'ri keladi. Bu shuni anglatadiki, o'shandan beri protsessorlar ma'lum bir manzil maydonida manzilga ega bo'lsa, har bir hal qilinadigan vazifa protsessorlarning uzluksiz raqamlanishi bilan ma'lum bir massivda hisoblash resursini ajratish mumkin. n o'lchovli fazoda bu massiv kichikroq o'lchamli pastki fazoga tegishli. Bular. Berilgan topshiriqning resursini tashkil etuvchi barcha protsessorlar uchun n uzunlikdagi manzil bitlarining muhim qismi bir xil bo‘lib, faqat oxirgi bir necha bitlar o‘zgaradi.
   

Masalan, oldingi misolda bizda 3 o'lchovli o'rniga 6 o'lchovli "giperkub" bor edi, deylik. OTning bir qismi sifatida rejalashtirish tizimi biz uchun PE ning butun manzil maydonidan massiv ajratsin, ya'ni. protsessorlarning butun makonining ma'lum 3 o'lchovli pastki fazosi. Shu bilan birga, boshqa vazifaga massiv ajratilsin, ya'ni. to'rt o'lchovli pastki fazo va boshqalar.
Boshqa OBClarda bo'lgani kabi, bu erda ham taqsimlangan xotira qabul qilinadi. Umumiy manzil maydonini shakllantirishda biz xotira manzilining yuqori bitlari PE manziliga to'g'ri keladi deb taxmin qilamiz.