CS 220 / Рефераты по истории ЭВМ / Систолические структуры

Систолические структуры

Систолические структуры представляют собой множество идентичных функциональных модулей,

соединенных между собой в сеть посредством локальных связей; каждый элемент соединен только с ближайшими соседними элементами для передачи данных.

Систолическая архитектура вычислительного устройства является решением, агрессивно эксплуатирующим параллелизм "конвейерного" типа. Несмотря на принципиальную дороговизну решения (применение специализированных аппаратных решений), систолы являются одним из самых эффективных методов решения специализированных задач, так как часто обеспечивают на конкретной задаче быстродействие, недостижимое для большинства микропроцессорных архитектур. Значительное удешевление программируемых логических матриц сводит на нет экономическую составляющую вопроса применения и пробуждает интерес исследователей к применению систол в сложных вычислительных задачах.

Систолические системы являются очень специализированными вычислителями и производятся в основном под конкретную задачу. Фактически, задача построения систолического вычислителя сводится к постороению аппаратного конвейера, имеющего достаточно большое время получения результата (т.е. большое количество ступеней) но при этом сравнительно маленькое время между последовательной выдачей результатов,

так как значительное количество промежуточных значений обрабатывается на разных ступенях конвейера.

Систолические структуры отличаются простой и регулярной структурой:

вычисления в систолах "ритмичны", последовательны, и происходят в своеобразной ячеисто-циклической манере;

экономически выгодно построение в небольших партия;

с технической точки зрения эксплуатировать можно практически все доступные виды параллелизма;

модульная структура систол позволяет достаточно просто расширять систолы;

вычислительная эффективность систол определяется правильным построением конвейера, чаще всего наиболее эффективны простые структуры;

систолы выгодно используют полосу пропускания каналов доступа к памяти,

отличаясь предсказуемым обращением к памяти;

Что скрывается под термином "Систолическая структура":

Общая методология проекции вычислительных алгоритмом на аппаратные архитектуры;

Увеличение быстродействия обработки сигналов и машинной графики: матричных операций, графовых алгоритмов;

Достаточно дешёвый аппартный акселератор определённых операций;

Базовые принципы постороения систолических архитектур

Систола представляет собой сеть связанных вычислительных ячеек, обычно простых;

1.Каждая ячейка содержит в себе буферный входной регистр, защёлкивающий данные и вычислитель, оперирующий с содержимым этого регистра. Выход вычислителя может подаваться на входы других ячеек;

2.Операции в систоле производятся по типу конвейерной обработки;

3.Вычисления в систоле регулируются с помощью общего тактового сигнала;

4.Результатом правильного построения систолы должна быть простая, регулярная разводка с простой топологией связей;

Структура систолы имеет ряд недостатков: общая тактовая частота должна быть такой,

чтобы за время одного такта успевали полностью отработать все вычислители.

1.Процесс разработки ситолической структуры выглядит примерно так:

2.Разрабытывается алгоритм;

3.Проектируется архитектура - поиск параллелизма;

4.Производится проекция алгоритмы на цифровые вычислительные схемы по следующему принципу:

5.Отладка и доказательство правильности функционирования схемы.

Литература

М. А. Фрумкин, Систолические вычисления, Наука 1990