Екзаменаційний білет №7

1. Матричні обчислювальні системи.

   Матричні системи відносяться до систем класу ОКМД. Організація цих систем характеризується наявністю загального пристрою керування, що виробляє потік команд, і великою кількістю обробляючих пристроїв, кожний з яких обробляє свій потік даних. Продуктивність матричної системи дорівнює сумі продуктивностей обробляючих пристроїв. Однією з перших систем цього класу є система SOLOMON (мал.3.15). Ця система містить 1024 процесорних елементи, які об’єднані в матрицю 32 на 32 (1,24).

Кожний процесорний елемент містить оперативний запам’ятовувальний пристрій ємністю 16 Кбайт, розбитий на чотири модулі по 4 Кбайт кожний. Довжина слова від 1 до 128 розрядів. Розрядність встановлюється програмно. В процесорних елементах застосовується багатомодальна логіка. Багатомодальна логіка забезпечує переведення процесорних елементів в активний або пасивний стан. Активні процесорні елементи одночасно виконують одну і ту ж операцію над даними, які знаходяться в їх пам’яті і мають однакову адресу. Багатомодальність заключається в тому, що кожний процесорний елемент містить спеціальний регістр (регістр моди). Він має чотири стани.

Модальність переписується в цей регістр з пристрою керування. При виконанні послідовності команд модальність передається в ході операції, а потім зрівнюється з станом регістра моди. При співпаданні кодів операція виконується. Такий підхід дозволяє виділити стовпець або рядок, що доцільно при операціях над матрицями.

Система SOLOMON не отримала широкого поширення через недостатню гнучкість і ефективність, але ці ідеї були використані в системі ILLIAC-4 (мал.3.16).

В цій системі планувалося виготовити 4 прстрої обробки даних (квадранти), але зробили 1 і отримали продуктивність 200 млн.оп/с. замість 1 млрд.оп/с. Керування системою повинне було здійснюватись центральним керуючим процесором.

Квадрант являє собою матрицю 8 на 8, складається з 64 процесорних елементів (мад.3.17). Кожний ПЕ зв’язаний з 4 іншими, що забезпечує передачу даних не більш як за 7 кроків.

На початку 80-х років була створена система ПС - 2000, яка відноситься до матричних систем (1,25). Вона орієнтована на вирішення задач, які характеризуються паралелізмом даних, незалежністю гілок і об’єктів.

Пристроєм обробки даних в цій системі є мультипроцесор. Загальне керування системою здійснює моніторна підсистема, яка складається з однієї або двох міні-ЕОМ СМ-2 і підключених до них периферійних пристроїв (мал. 3.18).

Мультипроцесор включає пристрій керуваня і вирішуючє поле, що складається з 1, 2-х, 4-х, або 8-ми пристроїв обробки (кожен з цих пристроїв міститься по 8 ПЕ), тобто мультипроцесор може складатись з 8, 16, 32 або 64 процесорних елементів. Вони об’єднані в групи, що працюють під керівництвом одного пристрою керування. Кожний процесорний елемент має ОЗП ємністю 4096 або 16384 байти з циклом звернення 0,64 – 0,96 мкс.

П родуктивність мультипроцесора в складі 64 ПЕ має такі характеристики: додавання з фіксованою комою (RR) – 20 млн.оп/с; додавання з плаваючою комою – 64,4 млн.оп/с; множення з плаваючою комою – від 28,5 до 50 млн.оп/с.Обчислювальний процес в цій системі включає: процес в моніторі підсистемі; виконання програми; ввід-вивід даних.

Процес в моніторні підсистемі є основним, оскільки він ініціює основні процеси і синхронізує їх. Ця підсистема керує завантаженням в пристрої керування набору мікрокоманд і програми.

Контроль працездатності системи забезпечується апаратно-програмними засобами. Система діагностичних програм здійснює пошук і локалізацію місця несправності. Система АС-2000 має деякі переваги в порівнянні з ILLIAC-4:

1. процесорні елементи ПС-2000 мають більше можливостей завдяки наявності надоперативної регістрової пам’яті а також наявності окремого процесора для операцій над адресами і процесора активації, який має більш широкі можливості, ніж регістр MODE в системі ILLIAC-4;

2. в системі ПС-2000 можливе суміщення обміну інформації між модулями пам’яті процесорних елементів, АЛП та ПВВ, поскільки є власна пам’ять і індексна арифметика, що використовується для організації лічильників адрес;

3. є можливість організації мультипрограмного режиму;

4. двойне керування (командне і мікрокомандне) забезпечує більш ефективне керівництво обчислювальним процесом;

5. можливе нарощування системи модулями по 8 процесорних елементів. Їх нарощування виконується без зміни засобів керування;

6. відносно низька вартість системи.

Одним із напрямів створення матричних систем є матричні мікропроцесорні системи. Ці системи складаються з масиву однакових мікропроцесорних модулів МПМ, з’єднанння яких здійснюється з допомогою комутаційної матриці (мал.3.19).

Подібна матрична обчислювальна система реалізує просторовий розподіл сигналів. Важливою особливістю матричної структури є можливість одночасної передачі інформації від одного активного модуля до всіх зв’язаних з ним пасивних модулів.

Матричні структури – найбільш загальний тип зв’язку. Розширення структури можливе тільки при нарощуванні матриці.

Перевагами такої структури є висока пропускна спроможність, живучість. Це забезпечується тим, що вихід з ладу частини комутатора не приводить до відмови всієї системи, оскільки функції процесора, що комутуються цією частиною , можна розділити між іншими МПМ системами.

Недоліками матричних мікропроцесорних систем є: фіксовані зв’язки між функціональними модулями; велика надлишковість при вирішенні певних класів задач з послідовними алгоритмами.

Такі системи, як правило, є спеціалізованими і використовуються як спеціальні процесори для цифрового моделювання систем обробки зображення.