6. Виконання складних операцій в арифметико-логічному

пристрої

Виконання деякої операції можна здійснити цілим рядом способів, для яких характер­на єдина семантична основа, що визначається графом алгоритму цієї операції, тобто одні і ті ж операції можуть виконуватися по різному та з різним ступенем розпаралелювання.

Якщо використовувати для виконання графа алгоритму багатофункціональний АЛП, який виконує елементарні операції, наприклад, відповідно до табл. 7.1, то це потре­бує перетворення всіх процесів, які підлягають виконанню за даним алгоритмом, в послі­довну процедуру переробки і передачі інформації. Більш того, значна частина функціональ­них операторів алгоритму реалізується в такому АЛП з використанням достатньо великого числа елементарних операцій. Разом з цим, просторова передача інформації між вершинами графа повинна бути перетворена в послідовну в часі передачу інформації між АЛП і осно­вною пам’яттю або регістрами процесора. Таким чином, послідовно-паралельний процес виконання алгоритму згідно з його графом, що має просторову структуру, перетвориться в послідовну процедуру переробки і передачі інформації в багатофункціональному АЛП. Це призводить до того, що швидкість обчислення складних операцій в АЛП є низькою.

Висока продуктивність обробки даних в сучасних компютерах досягається завдяки використанню просторового і часового паралелізму з урахуванням досягнень інтеграль­ної технології. Серед основних ідей слід виділити конвеєрну організацію обчислень, поєднання обробки на різних рівнях, використання декількох паралельно працюючих АЛП з конвеєрним принципом обробки даних, застосування секцій векторних регістрів в регістровій пам’яті, розшарування пам’яті, застосування найбільш швидкої елемент­ної бази з тією метою, щоб в максимальній мірі забезпечити розпаралелювання вико­нання операцій. Особливо цікавою в цьому плані є ідея підвищення продуктивності та ефективності за рахунок статичної і динамічної програмної зміни структури системи в цілях її наближення до структури графа алгоритму, тобто її реконфігурація. В основі концепції АЛП з реконфігурованою структурою лежить принцип, згідно з яким струк­тура АЛП, функції його операційних пристроїв, а також способи організації обчислю­вального процесу повинні відповідати структурі графа виконуваного алгоритму, а не навпаки, як це має місце у традиційних АЛП, коли в цілях реалізації алгоритму в рамках жорсткої структури АЛП алгоритм модифікуєтеся так, що йому надається форма, від­повідна структурі АЛП. Чим більше адаптована структура АЛП до специфіки вирішу­ваних задач, тим суттєвіше покращуються його характеристики. Така адаптація дося­гається шляхом перекладення обчислювальних процедур з програмного забезпечення на апаратну частину, чому сприяють вражаючі успіхи в області інтегральної технології. Це, зокрема, поява програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС), що дозволяє в найкоротші терміни реалізувати на їх базі крупні функціональні вузли. Це і можливість створення спеціалізованих НВІС місткістю в десятки і сотні мільйонів транзисторів, що привело до радикальних змін як в області технологічних та інструментальних засобів, так і в принципах проектування.

Таким чином, розглядаючи принципи побудови АЛП, доцільно це робити в тісному зв’язку з графом виконуваного алгоритму, що дозволяє виявити всі форми паралелізму, на­явні в ньому. Граф алгоритму, а особливо його потокова форма, в наочній формі відображає фундаментальні обмеження, що визначають внутрішню семантику ряду різних алгоритмів для отримання одних і тих же результатів. Найбільш високі параметри досягаються в АЛП, структура яких більше наближена до структури графа виконуваного алгоритму.