Меню

Архитектура вычислительной структуры, построенной на принципах схемной эмуляции

Поскольку целью данной статьи есть стремление донести идею применения принципов схемной эмуляции к вопросу создания альтернативной вычислительной среды, то на рис.3 такая среда представлена на уровне функциональной схемы без привязки к структурам конкретных комплектующих каких-либо производителей.

Тем не менее, за основу принимается, что базовым элементом такой архитектуры является микросхема программируемой логики. Потому что именно соединение принципа многопоточности авторского модуля схемной эмуляции с принципом параллельного действия ПЛИС позволяет создать принципиально новую вычислительную среду параллельного действия. В то же время, высокая степень регулярности представляемой структуры позволяет использовать различные варианты ее реализации, предоставляя тем самым разработчикам широкое поле деятельности при поиске наиболее оптимальной конфигурации на этапе опытно-конструкторских работ. На рис.3 отображены три варианта реализации авторской идеи, которые, тем не менее, органично дополняют одна другую даже в пределах одной структуры.

Работа в новой системе представляется следующим образом.

Изначально, пользователь, находясь в среде графического редактора (установленного на ПК), рисует граф алгоритма своей вычислительной задачи. После окончания этапа рисования, специальный программный модуль "сворачивает" рисунок проекта в так называемый файл описания схемы (ФОС), который и загружается в рабочую область эмуляции кристалла ПЛИС, уже предварительно "отформатированного" структурой модуля эмуляции. Модуль эмуляции разворачивает в рабочей области эмуляции программную модель схемы проекта.

Именно на уровне программной модели происходит эмуляция (имитация) работы схемы задачи пользователя.

Модуль эмуляции, с учетом динамики протекающих в программной модели процессов, порождает в матрице FPGA множество потоков. Под процессами здесь подразумется волны изменения значений идентификаторов в ветвях программной модели рисунка задачи пользователя. Потоки – это реальные сигналы в матрице FPGA. В соответствии с идеологией системы эмуляции одному процессу может соответствовать некоторое множество потоков.

Одна часть потоков "существует" исключительно в рабочей области эмуляции и не выходит за ее пределы, назовем их внутренними. Предназначены они для обеспечения функционирования самой модели. Другая часть потоков, для которой необходимо выполнение каких-либо арифметических или логических операций, предписанных вершинами графа задачи, посредством концентратора SW перенаправляются в свободные исполнительные процессоры (Исполнительный процессор 1 – Исполнительный процессор N). Назовем такие потоки внешними. Каждый внешний процесс несет на себе необходимые операнды и номер (код) операции, и возвращает результат операции в рабочее поле эмуляции. Исполнительные процессоры, как и макропроцессоры для случая РВС, не управляют процессом обработки информации, а лишь реализуют операции над поступающими на их входы операндами.

Рис.

3

Функциональная схема модуля вычислительной структуры, построенной на принципах схемной

эмуляции.

Существенным отличием представляемой архитектуры от идеологии реконфигурируемых вычислительных структур является то, что здесь исполнительные процессоры ни коим образом не привязаны к вершинам графа задачи пользователя.

В соответствии с идеологией системы эмуляции, в каждый момент времени каждый из исполнительных процессоров может быть занят обработкой данных, поступивших на его входы вместе с любым внешним потоком. Поэтому в функциональном плане они должны быть абсолютно идентичными, то есть, каждый должен быть способным выполнить операцию, предписанную любой вершине графа задачи. Правило выбора процессора потоком простое: поток, посредством сетевого концентратора, выбирает первый же исполнительный процессор, который не занят обработкой данных какого-либо другого протока.

Со времен появления первых компьютеров стало очевидным, что для каждого уровня технологического развития практически единственным путем увеличения мощности вычислительной системы является соединение энного числа процессоров в единую "упряжку", то есть создание мультипроцессорной системы. Казалось бы, что может быть проще: превратить однопроцессорную машину в многопроцессорную путем добавления на платформу некоторого числа точно таких же процессоров. Однако на практике все оказалось гораздо сложнее и добавление в систему даже одного процессора может уменьшить производительность системы. Ведь в этом случае разработчик сталкивается с принципиально новым явлением – информационным и алгоритмическим взаимодействием процессоров. И здесь важнейшим аспектом, связанным с эффективностью работы вычислителя, начинает выступать организация межпроцессорного обмена служебными потоками, а также проблемы распараллеливания и синхронизации информационных потоков самой задачи. В свою очередь, поддержание всего этого требует немалых аппаратных усилий. Все это привело к тому, что современные процессора превратились в сложнейшие устройства, в которых вспомогательные узлы - т.н. опережающей выборки команд, условных ветвлений, блоков синхронизации и т.д. – занимают на кристалле значительно больше места, чем непосредственно само арифметико-логическое устройство.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Другие статьи:

Структурный синтез устройств с мультидифференциальными операционными усилителями
мультидифференциальный операционный усилитель аналоговый Создание широкодиапазонных аналоговых устройств и IP блоков как с фиксированными, так и управляемыми параметрами связано либо с совершенствованием технол ...

Усилительные свойства одиночных каскадов
Усилительные каскады РЭА любой степени сложности могут быть представлены в виде различных комбинаций трёх основных схем включения транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК) и с общей базой (ОБ). (Для полев ...

Реализация системы технического зрения (СТЗ) на базе многокристального микропроцессора (К1804)
Микропроцессорный комплект серии К1804 включает в себя ряд модулей для построения операционных и управляющих устройств. Основой операционного устройства (ОУ) может служить микропроцессорная секция (МПС) ВС1 и ВС2. Кроме то ...

(C) 2021 | www.techniformula.ru