10.11.2011 Ассоциативные вычислительные системы
Ассоциативными называются вычислительные системы, в основе которых лежит ассоциативное запоминающее устройство или ассоциативный процессор, построенный на базе такого запоминающего устройства.
Ассоциативная память представляет собой запоминающее устройство, где выборка информации осуществляется не по адресу операнда, а по отличительным признакам.
Рисунок 25 Ассоциативная память
Запоминающий массив разделен на m-разрядные ячейки. В регистре ассоциативных признаков из УУ передается код признака искомой информации. Код может иметь произвольное число разрядов от 1 до m. Если код признака используется полностью, то он без изменения поступает на схему сравнения. Если необходимо использовать только часть кода, то ненужные разряды маскируются с помощью регистра маски. Перед началом поиска информации все разряды регистра индикатора адреса устанавливаются в 1, после чего производится опрос первого разряда всех ячеек запоминающего массива (ЗМ) и их содержимое сравнивается с первым разрядом регистра ассоциативных признаков (АП). Если содержимое первого разряда i-ой ячейки не совпадает с содержимым первого разряда регистра АП, то соответствующий этой ячейки разряд регистра индикатора адреса сбрасывается в 0, в противном случае – остаётся в состоянии 1. После поразрядного опроса и сравнения в состоянии 1 остаются те разряды регистра индикатора адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадающую с записанной в регистр АП. Эта информация может быть считана в той последовательности, которая определяется устройством управления.
Ассоциативные вычислительные системы или вычислительные системы с ассоциативным процессором можно определить как ассоциативную память, допускающую параллельную запись и считывание со всех ячеек, для которых было зафиксировано совпадение с ассоциативным признаком. Процессорный элемент в таких системах, представляет собой устройства последовательной поразрядной обработки, при этом каждое слово (ячейка ассоциативной памяти) имеет своё собственное устройство обработки данных. Операции осуществляются одновременно всеми процессорными элементами.
Вычислительные системы с систолической структурой
Систолические вычислительные системы основываются на такой организации вычислений, чтобы данные на своем пути от считывания из памяти до возвращения обратно пропускались через как можно большее число процессорных элементов (ПЭ). В основе таких систем лежит ритмическое прохождение двух потоков данных x и y навстречу друг другу. Последовательные элементы потока разделены одним тактовым периодом, чтобы любой из них мог встретиться с элементами встречного потока.
Таким образом, систолическая структура – это однородная вычислительная среда из процессорных элементов, совмещающая в себе свойства конвейерной и матричной обработки и обладающая следующими особенностями:
Вычислительный процесс в систолических структурах представляет собой непрерывную и регулярную передачу данных от одного процессорного элемента к другому без запоминания результатов промежуточных вычислений;
Каждый элемент входных данных выбирается из памяти однократно и используется столько раз, сколько это необходимо по алгоритму. Ввода данных осуществляется в крайнем процессорном элементе матрицы;
Образующие систолическую структуру процессорные элементы однотипны и менее универсальны, чем процессоры многопроцессорных систем;
Потоки данных и управляющих сигналов обладают регулярностью, что позволяет объединить процессорные элементы локальными связями минимальной длины;
Алгоритмы функционирования позволяют совместить параллелизм с конвейерной обработкой данных;
Производительность системы можно улучшить за счет добавления в нее некоторого числа процессорных элементов, причем коэффициент повышения производительности при этом линеен;