5.4.Ассоциативные процессоры с операционными устройствами высокого уровня

Параллелизм в рассмотренной выше памяти с распределенной логикой (ПРЛ, или DLM) реализован на уровне выполнения поразрядных операций (если говорить об обработке числовой информации), для которых последовательности микроопераций задаются при помощи внешних устройств глобального управления.

Другой подход характеризуется практически независимым выполнением операций в отдельных ячейках. Параллельный процессор формируется из массива ячеек, хранящих каждая в своей локальной памяти (ЛП) небольшое количество (до нескольких сотен) операндов. Процессор снабжен гибким АЛУ.

Если в ПРЛ логика управления концентрируется в каждой ячейке памяти, в результате чего ячейка может оперировать только с разрядной информацией, то в рассматриваемых далее примерах другого подхода каждый модуль, используя локальную систему управляющих сигналов, может схемно (аппартно) выполнять арифметические и логические операции. Кроме того, связь между ячейками рассматриваемого типа осуществляется при помощи машинных команд и числовых переменных, что важно с точки зрения программирования при решении сложных задач.

Представителями такого типа ассоциативных процессоров являются матричные процессоры.

5.4.1. Базовая структура матричного процессора

Структура простейшего матричного процессора приведена на рис. 5.3.

В зависимости от конфигурации сети линий связи матричный процессор

(МП) может быть бесструктурным, линейным, прямоугольным и т.д. Если связь между ячейками (элементарными процессорами – ЭП) осуществляется только при помощи управляющей шины или шины ввода-вывода, систему называют групповым процессором. В каждый ЭП входит операционный блок (ОБ) и па-

мять операционного блока (ПОБ) для хранения данных в процессе вычислений. Работа всех ЭП осуществляется под общим программным управлением, содержащимся в памяти, управление ОБ – при помощи содержащихся в нем фиксированных микропрограмм.

114

Шина ввода – вывода

Рис. 5.3 Упрощенная структура матричного процессора

Для управления МП можно также использовать универсальную ведущую ЭВМ, для которой матричный процессор является периферийным устройством (ПФУ). В приведенной на рис. 5.3 структуре МП можно применить АЗУ небольшого объема в каждом устройстве обработки для получения ответа на символически заданные команды или данные.

Рассмотрим связи между ячейками МП.

При независимом друг от друга функционировании ЭП взаимодействуют лишь с ведущей ЭВМ по каналам ввода-вывода.

При решении пространственных задач, а также задач, требующих вычисления многократных интегралов и задач решения дифференциальных уравнений, для которых переменные задаются в узлах решетчатой функции, вычислительные алгоритмы ориентируются на описание взаимосвязи между соседними узлами.

Для решения специальных задач можно задавать фиксированную топологическую структуру массива, для решения широкого круга задач связь между ячейками может задаваться программно, как, например, в процессоре RADCAP, который будет рассмотрен ниже.

Ячейки могут связываться непосредственно или через линии связи, образованные при помощи мультиплексоров.

Отметим, что структура микропроцессоров часто соответствует топологии решаемых вычислительных задач.

115

5.4.2.Трехканальный процессор

Впроцессорах, представляющих собой очень большие массивы ячеек, задержка при передаче информации между отдаленными ячейками с использованием пошаговых операций (как например в ПРЛ) может оказаться ощутимой. Один из вариантов решения, позволяющего значительно сократить задержки, приведен на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Структура связей в трехканальном процессоре – древовидная

Для ассоциативной выборки каждая ячейка этого процессора, названного трехканальным, должна содержать регистр сравнения, цепи сравнения и триг-

гер совпадения. Для определения режима работы ячейки (передачи, приема, обработки информации или свободного состояния) необходимы другие триггеры состояния.

Для глобальных операций передачи информации, например, при одновременной передаче аргумента поиска во все ячейки, используется канал связи. Для передачи промежуточных результатов и локального взаимодействия между ячейками предназначены две вспомогательные линии связи, называемые рельсами. Рельсы всегда используются для двухсторонней связи ячеек, имеющих последовательные индексы.

Чтобы сократить время передачи сигналов, особенно в случае, когда массив разбит на небольшие поддеревья, можно ввести сокращающие линии связи для сигналов, например, линию, соединяющую точки A и B на рис. 5.4.

116