Тема 3.4: Медийые микропроцессоры

С ростом популярности мультимедийных технологий стала появляться поддержка алгоритмов сигнальной обработки на уровне команд микропроцессора.

На сегодняшний день можно выделить два класса микропроцессоров, обеспечивающих поддержку мультимедиа на аппаратном уровне, это универсальные микропроцессоры с мультимедийным расширением набора команд и мультимедийные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры с мультимедийным набором команд преимущественно применяются там, где достаточно велика доля числовой обработки данных. Там, где мультимедийные операции превосходят числовые эффективней использование мультимедийных микропроцессоров.

Мультимедийные микропроцессоры в общем случае представляют собой некоторую совокупность архитектурных решений, характерных для традиционных сигнальных и универсальных микропроцессоров.

Медийные процессоры (или медиа процессоры) предназначены для обработки аудио сигналов, графики, видео изображений, а такэе для решения ряда коммуникационных задач.

Несмотря на расширение мультимедийных возможностей универсальных микропроцессоров, сфера использования медийных микропроцессоров остается довольно широкой.

Раздел 4. Транспьютеры

Тема 4.1 Основные особенности транспьютеров

Концепция параллелизма имеет высокий потенциал повышения производительности и надежности вычислительных систем. В настоящее время перспективы наращивания производительности связывают с развитием однородных универсальных вычислительных систем высокой производительности. Исторически первой промышленной разработкой в этом направлении стали транспьютеры.

Транспьютер – это микрокомпьютер с собственной внутренней памятью и так называемыми линкими - каналами для соединения с другими транспьютерами.

Термин “транспьютер ”, образованный в результате объединения слов “транзистор” и “компьютер”, отражает основную область его применения в качестве базового вычислительного элемента при построении массово – параллельных вычислительных систем.

Высокая степень функциональной самостоятельности транспьюетра, простота интеграции и наличие периферийных устройств позволяют в короткие сроки создавать системы на их основе. Линки транспьютера могут осуществлять передачу данных одновременно с вычислениями, практически не снижая производительность процессора. Благодаря этому свойству системы на основе транспьютеров обладают хорошей масштабируемостью.

На базе транспьютеров были созданы первые массово - параллельные системы с числом процессоров, превышающим нескольких сотен.

Первый транспьютер был представлен фирмой Inmos (Бристоль, Великобритания). В настоящее время вслед за транспьютерами фирмы Inmos серийно выпускают транспьютероподобные универсальные и сигнальные микропроцессоры Power4, Alpha 21364, TMS 320 C4X, ADSP 2106X.

Транспьютеры фирмы Inmos относятся к классу RISC – процессоров и имеют структуру команд, ориентированную на поддержку языка высокого уровня – ОККАМ (OCCAM), названного в честь средневекового философа Уильяма Оккама, призывавшего использовать минимально необходимое количество сущностей, отсекая лишнее. Программа на языке ОККАМ представляет собой совокупность асинхронных совместно протекающих взаимодействующих процессов. Взаимодействие между процессами происходит только тогда, когда каждый из двух взаимодействующих процессов достигает при своем протекании соответственно команд передачи и приема данных. Использование только двух этих команд для синхронизации и коммуникации между процессами без каких – либо других средств координации между процессами и составляет суть следования идеям Оккама.

В транспьютере данная модель параллельных вычислений поддерживается благодаря наличию аппаратно реализованного диспетчера, обеспечивающего выполнение параллельных процессов в режиме квантования времени. При чем количество одновременно выполняемых процессов не ограничено. Такую организацию функционирования можно рассматривать как один из вариантов реализации мультитредовой архитектуры.

Мультипроцессорная система на базе транспьютеров представляет собой совокупность транспьютеров, линки которых соединены линиями связи (непосредственно или через коммутатор).

Существенно упростить процесс программирования мультипроцессорных вычислительных систем на базе транспьютеров позволяет то, что одинаковая модель параллельных вычислений поддерживается как внутри отдельного транспьютера, так и в рамках мультитранспьютерной системы в целом. Благодаря этому программа, разрабатываемая для мультипрцессороной системы, может быть создана и отлажена на одном единственном процессоре, а затем перенесена на сеть транспьютеров без существенных преобразований.

Фирмой Inmos выпускались транспьютеры семейств Т-2, Т-4, Т-8, отличающиеся структурой команд, разрядностью и организацией линков. На ряду с процессорами был выпущен ряд сопроцессоров, имеющих различное назначение.

Примером отечественной разработки транспьютероподобных процессоров являются микропроцессоры с оригинальной архитектурой являются микропроцессоры серии “Квант”. Это семейство 32 разрядных микропроцессоров, сочетающих RISC – подход с методикой длинного командного слова. Семейство характеризуется высокой степенью внутреннего параллелизма процессов обработки, конвейерным выполнением команд, гарвардской архитектурой памяти, наличием последовательных коммуникационных каналов – линков. Уникальная архитектура процессоров серии “Квант-10” позволила обеспечить лучшее значение производительности по сравнению с транспьютерами фирмы Inmos.

18