Матричные процессоры что это такое

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Матричный процессор

Матричный процессор вместе с адаптером можно рассматривать как сложное устройство ввода-вывода, объединяющее функции канала, устройства управления и внешнего устройства. Управляется оно при помощи той же самой системы управляющих слов, которая применяется в системе ввода-вывода ЕС ЭВМ ( команда ввода — вывода, КСК, УСУ, ССК), и механизма прерываний по вводу-выводу. [1]

Матричный процессор предназначен для быстрого выполнения таких операций с плавающей занятой, которые имеют место при матричных исчислениях и преобразованиях Фурье. При этом благодаря параллельному выполнению нескольких процессов достигается боль-шая внутренняя скорость вычислений, которая в зависимости от размера полей и алгоритма соединения может быть в 10 — 50 раз больше, чем у обычной программы. [2]

Матричные процессоры наилучшим образом ориентированы на реализацию алгоритмов обработки упорядоченных ( имеющих регулярную структуру) массивов входных данных. Они появились в середине 70 — х годов в виде устройств с фиксированной программой, которые могли быть подключены к универсальным ЭВМ; но к настоящему времени в их программировании достигнута высокая степень гибкости. Зачастую матричные процессоры используются в качестве вспомогательных процессоров, подключаемых к главной универсальной ЭВМ. В большинстве матричных процессоров осуществляется обработка 32-разрядных чисел с плавающей запятой со скоростью от 5 — Ю6 до 50 — Ю6 флопс. Как правило, они снабжены быстродействующими портами данных, что дает возможность для непосредственного ввода данных без вмешательства главного процессора. [3]

Матричный процессор предназначен для решения задач, в которых с большим потоком данных многократно выполняется определенный ограниченный набор математических операций. [4]

Матричный процессор конструктивно представляет собой стойку, содержащую три рамы и пульт управления внутри стойки. Матричный процессор питается от трехфазной стандартной сети, потребляя мощность 2 кВ — А. [6]

Матричный процессор ЕС-2345 является дополнительным средством к ЭВМ ЕС-1045 и подключается к ней в качестве седьмого канала. Применение матричного процессора ( МП) особенно эффективно при решении задач, где необходимо производить многократно повторяющиеся действия над группой данных ( ряда, матрицы), разгружая тем самым центральный процессор. Обработка данных МП ведется параллельно и независимо от работы, проводимой в центральном процессоре. [7]

Скорость матричных процессоров измеряется в единицах MIPS ( Millions of Instructions Per Second — миллионы операций в секунду) или MFLOPS ( Millions of Floating-point Operations Per Second — миллионы операций с плавающей запятой в секунду), которые распространены в одинаковой мере. [9]

Работа матричного процессора устойчива по отношению к локальным повреждениям. [10]

В структуру матричного процессора входят: арифметическое устройство, устройство управления, блок микропрограммного управления, пульт управления и система электропитания. [11]

Для управления матричным процессором , эффективного использования его функциональных возможностей и повышения надежности разработана система программного обеспечения МП, состоящая из специальных программ метода доступа, программных средств восстановления и диагностики и средств оперативного тестирования. [12]

Суперкомпьютеры ( и матричные процессоры ) состоят из большого числа связанных между собой элементарных процессоров, что позволяет проводить большое число параллельных операций над данными. Эти процессоры синхронизованы и управляются таким образом, что быстродействие суперкомпьютера значительно превышает скорость вычислений обычной универсальной ЭВМ. В обычном компьютере эта задача решается путем проведения ста последовательных операций сложения, по одной на каждую пару соответствующих компонент векторов. В суперкомпьютере аналогичные вычисления производятся значительно быстрее, так как сложение векторов осуществляется выполнением одновременно 100 операций сложения чисел. Нетрудно видеть, что выигрыш в быстродействии по сравнению с отдельным ЦП стократный. [13]

Читайте также:  Видеокарта amd radeon r7 240 nvidia geforce gt 740

Эффективность вычислительного комплекса матричный процессор — ЭВМ обеспечивается как высокой производительностью самого матричного процессора и параллельной его работой с центральным процессором, так и организацией работы матричного микропроцессора в составе системы с помощью программного обеспечения, в котором применены эффективные алгоритмы, основанные на использовании системных средств ОС ЕС и предназначенные для быстрого выполнения процедур ввода-вывода. [15]

Источник

Матричные процессоры

Наиболее распространенными из систем, класса: один поток команд — множество — потоков данных (SIMD), являются матричные системы, которые лучше всего приспособлены для решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых объектов или данных. Организация систем подобного типа на первый взгляд достаточно проста. Они имеют общее управляющее устройство, генерирующее поток команд и большое число процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих каждая свой поток данных. Таким образом, производительность системы оказывается равной сумме производительностей всех процессорных элементов. Однако на практике, чтобы обеспечить достаточную эффективность системы при решении широкого круга задач необходимо организовать связи между процессорными элементами с тем, чтобы наиболее полно загрузить их работой. Именно характер связей между процессорными элементами и определяет разные свойства системы.

Одним из первых матричных процессоров был SОLОМОN (60-е годы).

Рис. 14.1 Структура матричной вычислительной системы «SOLOMON»

Система SОLOМОN содержит 1024 процессорных элемента, соединены в виде матрицы: 32х32. Каждый процессорный элемент матрицы включает в себя процессор, обеспечивающий выполнение последовательных поразрядных арифметических и логических операций, а также оперативное ЗУ, емкостью 16 Кбайт. Длина слова — переменная от 1 до 128 разрядов. Разрядность слов устанавливается программно. По каналам связи от устройства управления передаются команды и общие константы. В процессорном элементе используется, так называемая, многомодальная логика, которая позволяет каждому процессорному элементу выполнять или не выполнять общую операцию в зависимости от значений обрабатываемых данных. В каждый момент все активные процессорные элементы выполняют одну и ту же операцию над данными, хранящимися в собственной памяти и имеющими один и тот же адрес.

Идея многомодальности заключается в том, что в каждом процессорном элементе имеется специальный регистр на 4 состояния — регистр моды. Мода (модальность) заносится в этот регистр от устройства управления. При выполнении последовательности команд модальность передается в коде операции и сравнивается с содержимым регистра моды. Если есть совпадения, то операция выполняется. В других случаях процессорный элемент не выполняет операцию, но может, в зависимости от кода, пересылать свои операнды соседнему процессорному элементу. Такой механизм позволяет выделить строку или столбец процессорных элементов, что очень полезно при операциях над матрицами. Взаимодействуют процессорные элементы с периферийным оборудованием через внешний процессор.

Читайте также:  Foxconn 45cm 45gm series процессоры

Дальнейшим развитием матричных процессоров стала система ILLIАS-4, разработанная фирмой BARRОYS. Первоначально система должна была включать в себя 256 процессорных элементов, разбитых на группы, каждый из которых должен управляться специальным процессором. Однако по различным причинам была создана система, содержащая одну группу процессорных элементов и управляющий процессор. Если в начале предполагалось достичь быстродействия = 1 млрд. операций в секунду, то реальная система работала с быстродействием = 200 млн. операций в секунду. Эта система в течение ряда лет считалась одной из самых высокопроизводительных в мире. В начале 80-х годов в СССР была создана система: ПС-2000, которая также является матричной. Основой этой системы является мультипроцессор — ПС-2000, состоящий из решающего поля и устройства управления мультипроцессором. Решающее поле строится из одного, двух, четырех или восьми устройств обработки, в каждом из которых — 8 процессорных элементов. Мультипроцессор из 64 процессорных элементов обеспечивает быстродействие = 200 млн. операций в секунду на коротких операциях.

Источник

Матричные процессоры

Конвейерные процессоры

Процессоры современных компьютеров используют особенную технологию – конвейеры, которые позволяют обрабатывать более одной команды одновременно.

Обработка команды может быть разделена на несколько основных этапов, называемых микрокомандами. Выделим основные пять микрокоманд:

а) выборка команды;

б) расшифровка команды;

в) выборка необходимых операндов;

г) выполнение команды;

д) сохранение результатов.

Все этапы команды задействуются только один раз и всегда в одном и том же порядке: одна за другой. Это, в частности, означает, что если первая микрокоманда выполнила свою работу и передала результаты второй, то для выполнения текущей команды она больше не понадобится, и, следовательно, может приступить к выполнению следующей команды. Выделим каждую команду в отдельную часть устройства и расположим их в порядке выполнения. В первый момент времени выполняется первая микрокоманда. Она завершает свою работу и начинает выполняться вторая микрокоманда, в то время как первая готова для выполнения следующей инструкции. Первая инструкция может считаться выполненной, когда завершат работу все пять микрокоманд.

Такая технология обработки команд носит название конвейерной обработки. Каждая часть устройства называется ступенью конвейера, а общее число ступеней длиной конвейера.

Во многих КС наряду с конвейером команд используются и конвейеры данных.

Сочетание этих двух конвейеров позволяет достичь очень высокой производительности на определенных классах задач, особенно если используется несколько различных конвейерных процессоров, способных работать одновременно и независимо друг от друга.

Одной из наиболее высокопроизводительных конвейерных КС считается СRАY. В этой системе конвейерный принцип обработки используется в максимальной степени. Имеется и конвейер команд, и конвейер арифметических и логических операций. В системе широко применяется совмещенная обработка информации несколькими устройствами. Максимальная пиковая производительность процессора может составлять 12 GFLOPS.

В настоящее время созданы однокристальные векторно-конвейерные процессоры, основными компонентами которых являются скалярный процессор и 8 идентичных векторных устройств, суммарная производительность которых составляет 64 GFLOPS. На их основе построена система SX-6 компании NEC.

Наиболее распространенными из систем класса один поток команд – множество потоков данных (SIMD) являются матричные системы, которые лучше всего приспособлены для решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых объектов или данных. Организация систем подобного типа, на первый взгляд, достаточно проста. Они имеют общее управляющее устройство, генерирующее поток команд и большое число процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих каждая свой поток данных. Таким образом, производительность системы оказывается равной сумме производительностей всех процессорных элементов. Однако на практике чтобы обеспечить достаточную эффективность системы при решении широкого круга задач, необходимо организовать связи между процессорными элементами с тем, чтобы наиболее полно загрузить их работой. Именно характер связей между процессорными элементами и определяет разные свойства системы.

Читайте также:  Ноутбуки с дискретными видеокартами список

Одним из первых матричных процессоров был SОLОМОN (60-е годы ХХ века) (рис.3.2). Система SOLOMON содержит 1024 процессорных элемента, которые соединены в виде матрицы: 32х32. Каждый процессорный элемент матрицы включает в себя процессор, обеспечивающий выполнение последовательных поразрядных арифметических и логических операций, а также оперативное ЗУ емкостью 16 Кбайт. Длина слова – переменная от 1 до 128 разрядов. Разрядность слов устанавливается программно. По каналам связи от устройства управления передаются команды и общие константы. В процессорном элементе используется так называемая многомодальная логика, которая позволяет каждому процессорному элементу выполнять или не выполнять общую операцию в зависимости от значений обрабатываемых данных. В каждый момент все активные процессорные элементы выполняют одну и ту же операцию над данными, хранящимися в собственной памяти и имеющими один и тот же адрес.


Рисунок 3.2Структура матричной КС SOLOMON

Идея многомодальности заключается в том, что в каждом процессорном элементе имеется специальный регистр на 4 состояния – регистр моды. Мода (модальность) заносится в этот регистр от устройства управления. При выполнении последовательности команд модальность передается в коде операции и сравнивается с содержимым регистра моды. Если есть совпадения, то операция выполняется. В других случаях процессорный элемент не выполняет операцию, но может, в зависимости от кода, пересылать свои операнды соседнему процессорному элементу. Такой механизм позволяет выделить строку или столбец процессорных элементов, что очень полезно при операциях над матрицами. Взаимодействуют процессорные элементы с периферийным оборудованием через внешний процессор.

Дальнейшим развитием матричных процессоров стала система ILLIАC-4, разработанная фирмой BURROUGHS. Первоначально система должна была включать в себя 256 процессорных элементов, разбитых на группы, каждый из которых должен управляться специальным процессором. Однако по различным причинам была создана система, содержащая одну группу процессорных элементов и управляющий процессор. Если в начале предполагалось достичь быстродействия 1 млрд. операций в секунду, то реальная система работала с быстродействием 200 млн. операций в секунду. Эта система в течение ряда лет считалась одной из самых высокопроизводительных в мире.

В начале 80-х годов в СССР была создана система ПС-2000, которая также является матричной. Основой этой системы является мультипроцессор ПС-2000, состоящий из решающего поля и устройства управления мультипроцессором. Решающее поле строится из одного, двух, четырех или восьми устройств обработки, в каждом из которых 8 процессорных элементов. Мультипроцессор из 64 процессорных элементов обеспечивает быстродействие 200 млн. операций в секунду на коротких операциях.

Источник

Adblock
detector