Вопросы для самопроверки по теме 4.3
1. Каковы достоинства и недостатки классификации вычислительных систем Флинна?
2. Перечислите способы параллельной обработки данных.
3. Что дает применение распределенной и совместно используемой памяти?
4. Какой из протоколов слежения наиболее популярен и почему?
5. Что такое коммутатор сети межсоединений?
6. В чем состоят различия между конвейерными и векторно-конвейерными вычислительными системами?
7. Какие проблемы решает кластерная организация вычислительной системы?
8. В чем заключается управление от потока данных?
9. Каковы основные особенности VLIW-архитектуры?
10. С чем связано появление RISC-процессоров?
4.4. Принципы построения аналоговых и гибридных эвм
При изучении данной темы Вы должны познакомиться с основами устройства и принципами построения аналоговых и гибридных ЭВМ.
Для проверки изучения материала темы Вам предстоит ответить на вопросы для самопроверки.
Если Вы испытываете затруднения в ответе на какой-либо вопрос, обратитесь к материалам файла Lect5_ac.doc учебного сайта или раздела сайта ord.com.ru/files/org_evm.
4.4.1. Представление информации в АВМ
АВМ иначе называют моделирующими установками, или электронными моделями. Решение задач, или моделирование, на АВМ сводится к составлению и решению уравнения (или системы уравнений) для моделируемого процесса.
АВМ в основном строятся на электрических и электронных элементах постоянного тока. Переменные (функции) представляются в АВМ с помощью напряжений постоянного тока. Хотя для построения модели может использоваться любой другой физический процесс, описываемый теми же математическими зависимостями, что и моделируемый процесс.
4.4.2. Организация АВМ
В общем виде структурная схема АВМ показана на рис. 4.13. Решающие блоки АВМ являются ее основными блоками, выполняющими математические операции. Измерительные приборы используются для измерения вводимых величин и результатов решения. Система питания обеспечивает все необходимые напряжения для решающих блоков и других устройств машины. Система управления обеспечивает управление остальными блоками машины.
Решающие блоки в зависимости от вида реализуемых математических операций подразделяются на линейные блоки и блоки нелинейности.
Рис 4.13. Структурная схема АВМ
Линейные блоки АВМ
Базовым линейным решающим блоком электронных АВМ является операционный усилитель. Он представляет собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой отрицательной обратной связью. С помощью различных комбинаций электрических емкостей и сопротивлений на входе усилителя и в цепи его обратной связи реализуются следующие математические операции: умножение на постоянный коэффициент, изменение знака (инвертирование в аналоговом смысле), алгебраическое сложение, интегрирование и дифференцирование (во времени).
Количество операционных усилителей в АВМ составляло от 15 до 200.
Реализация нелинейных зависимостей в АВМ
Реализовать нелинейные зависимости в АВМ можно: на основе типовых линейных блоков или специальных блоков нелинейностей.
Первый путь предполагает два основных подхода:
- решение определяющих дифференциальных уравнений;
- кусочно-линейную (или кусочно-постоянную) аппроксимацию воспроизводимых функций.
Определяющим дифференциальным уравнением для некоторой функции f ( t ) называется такое дифференциальное уравнение, решением которого является сама эта функция. Например, для функции et таким уравнением будет dy/dt = y, в чем легко убедиться подстановкой функции в уравнение.
При использовании кусочно-линейной аппроксимации реализуемая функция представляется суммой отрезков прямых. Каждый отрезок может быть воспроизведен одним-двумя линейными блоками. Этот способ применяется и для построения аппаратных блоков нелинейностей.
Аппаратные блоки нелинейностей могут строиться с использованием “точного” (непрерывного) способа либо кусочно-линейной (или кусочно-постоянной) аппроксимации.
При применении непрерывного способа блоки нелинейностей строятся на основе использования нелинейных характеристик каких-либо элементов, например, нелинейного участка вольт-амперной характеристики диода.
При кусочно-линейной (или кусочно-постоянной) аппроксимации блок нелинейностей включает в себя некоторое количество узлов, каждый из которых может быть настроен на реализацию одного линейного участка, представляющего функцию в некотором диапазоне значений аргумента.
Реализация операций умножения и деления в АВМ
В качестве основной операции в АВМ реализуют умножение, а деление выполняют с помощью множительного блока, как обратное к умножению.
По способу реализации операции различают устройства умножения прямого и косвенного действия. В первых из них умножение выполняется непосредственно по формуле Z = k XY, а в устройствах косвенного действия – в результате выполнения других математических действий, например,
Z = XY = [(X + Y)2 (X Y)2] или Z = XY = a (lgaX + lgaY).
Наиболее распространены устройства косвенного типа на основе элементов с квадратичными и логарифмическими характеристиками, так как они имеют приемлемую точность и быстродействие, а логарифмические и квадратичные функции реализуются проще других. Погрешность выполнения операции умножения в подобных блоках составляет порядка 0,5 %.
Реализация операции деления производится на основе множительного блока, включаемого в обратную связь операционного усилителя.