1. Микропроцессоры. Определение, классификация, закономерности развития, области применения

28. Матричные вычислительные системы. Особенности построения систем памяти и коммутаторов

Отличительной особенностью матричных вычислительных систем (МВС) является жестко синхронизируемая множественная обработка данных. Высокая производительность достигается с помощью большого количества простых по структуре процессоров, каждый из которых изготавливается в виде большой интегральной схемы и называется процессорным элементом ввиду ограниченного круга выполняемых операций.

Ключевые компоненты МВС:

∙ набор процессорных элементов;
∙ набор банков памяти;
∙ коммутационная среда;
∙ блоки локального управления;
∙ блок общего управления.

Наиболее общая структура МВС содержит наборы идентичных ПЭ и банков памяти. Каждый ПЭ может непосредственно соединяться со своей секцией памяти. Связь между ПЭ и присвоенным ему банком памяти осуществляется посредством коммутационной среды, которая объединяет все ПЭ.

Типовая структура процессорной матрицы с одинаковым числом процессоров и банков памяти:

В другой часто встречающейся конфигурации используется более сложная коммутационная среда: коммутатор устанавливается между процессорами и банками памяти. Такая конфигурация устраняет ограничения на связь ПЭ только с одним банком памяти и позволяет объединить в матрицу различное число банков памяти и ПЭ.

Типовая структура процессорной матрицы, предусматривающая различное число банков памяти и процессоров:

Управление работой системы осуществляется устройством управления или управляющим процессором (УП), который характеризуется высоким быстродействием и имеет многомодульную оперативную память большого объема. Высокое быстродействие УП обеспечивает непрерывность потока команд, направляемых для выполнения в матрицу ПЭ.

При работе системы УП выбирает команды из оперативной памяти, декодирует их с целью выявления команд обработки данных и направляет последние в матрицу ПЭ поочередно. Команды переходов выполняются самим процессором управления с учетом состояния ПЭ на момент завершения предшествующей команды. Команды ввода/вывода передаются для выполнения в процессор ввода/вывода.

Одной из характерных особенностей архитектуры МВС является организация памяти, определяющая способы ее адресации и подключения к элементарным процессорам.

Фирма Burroughs в проекте BSP предложила структуру памяти на основе асимметричных схем. Уникальной особенностью системы BSP является то, что каждое АЛУ обеспечивается операндами за один цикл обращения к памяти. Это означает, что расстояние в памяти между элементами вектора необязательно должно быть единичным. Поэтому циклы могут выполняться с неединичным шагом, а программы могут получить доступ к строкам, столбцам или диагоналям матриц без возникновения конфликтов.

Формирователи индексов и тегов вычисляют реальные адреса для конкретного способа адресации элементов массива, который основан на принципе, присущем последовательным системам: каждый последующий адрес ссылается на следующее слово в памяти. Таким образом была обеспечена совместимость с последовательными языками программирования.