5. Асоціативні обчислювальні системи

Асоціативні обчислювальні системи (ABC) - системи класу SIMD, в яких процесори паралельно і однотипно обробляють множинні дані. Їх основна відмінність полягає в тому, що звернення до даних проводиться за відмітними ознаками, що містяться в самих даних або в доданих цими даними додаткових розрядах.

Як і в матричних системах, в ABC також безліч процесорних елементів (ПЕ) паралельно по одній команді однотипно обробляють множинні дані. Однак на відміну від матричних систем звернення до даних проводиться не за адресами, де зберігаються ці дані, а за відмітними ознаками, що містяться в самих даних або в доданих цими даними додаткових розрядах. Така можливість забезпечується асоціативними процесорами (АП), на базі яких будуються ABC.

Асоціативні процесори

Асоціативним процесором називають спеціалізований процесор, реалізований на базі асоціативного пристрою, що запам'ятовує (АЗП), де, як відомо, доступ до інформації здійснюється не за адресою операнда, а за відмітними ознаками, що містяться в самому операнді. Від АЗП традиційного застосування асоціативний процесор (АП) відрізняють дві особливості: наявність засобів обробки даних і можливість паралельного запису в усі осередки, для яких було зафіксовано збіг з асоціативним ознакою. Остання властивість АП відомо як мультізапісь.

Спосіб виконання операцій над словами дозволяє визначити чотири класи асоціативних процесорів:

паралельні;

поразрядно-послідовні;

послівно-послідовні;

блочно-орієнтовані.

Асоціативні багатопроцесорні системи

Асоціативна обчислювальна система (ABC) являє собою многопроцессорную ВС, об'єднуючу безліч асоціативних процесорів, процесор управління, процесор вводу / виводу і основну пам'ять.

8.Комп’ютерні системи з систолічною архітектурою.

Систолічні обчислювальні системи - системи класу SIMD, основним принципом яких є те, що всі дані регулярно і ритмічно проходять через масив, використовуються багаторазово. Це дозволяє значно підвищити ефективність і досягти високої обчислювальної продуктивності за рахунок розпаралелювання обчислень і скорочення обміну систолічною системи із зовнішніми пристроями.

Обчислення виконуються паралельно в процесорних елементах, кожен з яких реалізує один крок у операції обчислення скалярного твору (IPS, Inner Product Step) і носить назву IPS- елемента.

Систолічна структура - це однорідна обчислювальна середа з процесорних елементів, що поєднує в собі властивості конвеєрної і матричної обробки і що володіє такими особливостями:

обчислювальний процес в систолических структурах являє собою безперервну і регулярну передачу даних від одного ПЕ до іншого без запам'ятовування проміжних результатів обчислення;

кожен елемент вхідних даних вибирається з пам'яті одноразово і використовується стільки разів, скільки необхідно за алгоритмом, введення даних здійснюється в крайні ПЕ матриці;

алгоритми функціонування дозволяють поєднати паралелізм з конвеєрною обробкою даних;

продуктивність матриці можна поліпшити за рахунок додавання в неї певного числа ПЕ, причому коефіцієнт підвищення продуктивності при цьому лине.

Класифікація систолічних структур

Аналіз різних типів систолических структур і тенденцій їх розвитку дозволяє класифікувати ці структури за кількома ознаками.

За ступенем гнучкості серед систолических структур виділяють:

спеціалізовані;

алгоритмічно орієнтовані;

програмовані.

Спеціалізовані структури орієнтовані на виконання певного алгоритму. Ця орієнтація відбивається не тільки в конкретній геометрії систолічною структури, статичності зв'язків між ПЕ і числі ПЕ, але й у виборі типу операції, виконуваної усіма ПЕ. Прикладами є структури, орієнтовані на рекурсивну фільтрацію, швидке перетворення Фур'є для заданої кількості точок, конкретні матричні перетворення.

Алгоритмічно орієнтовані структури, як виявляється з їх назви, орієнтовані не на один конкретний алгоритм, а на певний клас алгоритмів. Йдеться, головним чином, про алгоритми, що передбачають виконання однотипних операцій над векторами, матрицями та іншими числовими множинами. В одних структурах настройка на потрібний алгоритм проводиться шляхом часткового перепрограмування процесорних елементів, в інших - шляхом зміни конфігурації зв'язків у систолічною матриці, здійснюваного програмними засобами.

У програмованих систолических структурах є можливість програмування як процесорних елементів, так і конфігурації зв'язків між ними. При цьому ПЕ можуть володіти локальною пам'яттю програм, і хоча всі вони мають одну і ту ж організацію, в один і той же момент часу допускається виконання різних операцій з деякого набору. Команди або керуючі слова, що зберігаються в пам'яті програм таких ПЕ, можуть змінювати і напрям передачі операндів.

За розрядності процесорних елементів розрізняють систолические структури:

однорозрядні;

багаторозрядні.

За характером локально-просторових зв'язків систолические структури бувають:

одномірні;

двомірні;

тривимірні.

Вибір структури залежить від виду оброблюваної інформації. Одномірні схеми застосовуються при обробці векторів, двомірні - матриць, тривимірні - колекцій іншого типу.