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

30. Системы с программируемой структурой. Однородные вычислительные среды

Вычислительные системы с реконфигурируемой структурой строятся на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), содержащих одну или несколько матриц вентилей и позволяющих программно скомпоновать из этих вентилей в одном корпусе электронную схему, эквивалентную схеме, включающей от нескольких десятков до сотен тысяч интегральных схем стандартной логики. Основная идея подобных вычислительных систем состоит в том, чтобы программно настроить схему, реализующую требуемое преобразование данных.

Структура универсальной вычислительной системы на основе ПЛИС:

Обладая способностью реализовать любую цифровую схему, ПЛИС имеют по сравнению с жесткой логикой большую площадь в пересчете на используемый вентиль. Одним из решений этой проблемы, позволяющим сохранить программируемость при уменьшении затрат оборудования по сравнению с ПЛИС, является создание однородных вычислительных сред из одного типа ячеек с учетом проблемной ориентации некоторой специфичной ячейки при ее реализации на жесткой логике и программируемости связей между множеством таких ячеек.

В основе подхода к построению однородных вычислительных систем лежат три принципа:

∙ параллельность операций;
∙ переменность логической структуры;
∙ конструктивная однородность элементов и связей между ними.

Первый принцип базируется на аксиоме параллельности задач и алгоритмов: всякая сложная задача может быть представлена в виде связанных между собой простых подзадач и для любой сложной задачи может быть предложен параллельный алгоритм, допускающий ее эффективное решение.

Второй принцип основан на аксиоме переменности логической структуры: процесс решения сложной задачи может быть представлен некоторой структурной моделью, включающей в себя подзадачи и связи между ними.

Третий принцип базируется на аксиоме конструктивной однородности элементов и связей: все простые задачи получаются путем деления сложной задачи на части, а поэтому все эти простые задачи примерно одинаковы по объему вычислений и связаны между собой одинаковыми схемами обмена.

Таким образом, при соблюдении трех принципов вычислительная система может быть представлена как совокупность неограниченного числа одинаковых обрабатывающих устройств, однотипно связанных между собой.

В силу возможности различного направления специализации ячеек и установления различной пропорции между реализацией на жесткой логике и программируемостью сегодня предложено много вариантов построения специализированных систем с программируемой структурой. К этому классу вычислительных систем относятся также систолические и волновые процессоры, программируемые (raw) процессоры, ассоциативные процессоры с SIMD-архитектурой.