9.Класифікація систолічних архітектур і їх топологія.

Класифікація систолических структур

Аналіз різних типів систолических структур і тенденцій їх розвитку дозволяє класифікувати ці структури за кількома ознаками.

За ступенем гнучкості серед систолических структур виділяють:

спеціалізовані;

алгоритмічно орієнтовані;

програмовані.

Спеціалізовані структури орієнтовані на виконання певного алгоритму. Прикладами є структури, орієнтовані на рекурсивну фільтрацію, швидке перетворення Фур'є для заданої кількості точок, конкретні матричні перетворення.

Алгоритмічно орієнтовані структури, як виявляється з їх назви, орієнтовані не на один конкретний алгоритм, а на певний клас алгоритмів. Йдеться, головним чином, про алгоритми, що передбачають виконання однотипних операцій над векторами, матрицями та іншими числовими множинами.

У програмованих систолических структурах є можливість програмування як процесорних елементів, так і конфігурації зв'язків між ними. При цьому ПЕ можуть володіти локальною пам'яттю програм, і хоча всі вони мають одну і ту ж організацію, в один і той же момент часу допускається виконання різних операцій з деякого набору. Команди або керуючі слова, що зберігаються в пам'яті програм таких ПЕ, можуть змінювати і напрям передачі операндів.

За розрядності процесорних елементів розрізняють систолические структури:

однорозрядні;

багаторозрядні.

У однорозрядних матрицях ПЕ в кожен момент часу виконує операцію над одним двійковим розрядом; а в багаторозрядних - над словами фіксованої довжини.

За характером локально-просторових зв'язків систолические структури бувають:

одномірні;

двомірні;

тривимірні.

Топологія систолических структур

В даний час розроблені систолические матриці з різною геометрією зв'язків: лінійні, квадратні, гексагональних, тривимірні та ін.

Кожна конфігурація матриці найбільш пристосована для виконання певних функцій, наприклад лінійна матриця оптимальна для реалізації фільтрів в реальному масштабі часу; гексагональная - для виконання операцій обернення матриць, тривимірна - для знаходження значень нелінійних диференціальних рівнянь в приватних похідних або для обробки сигналів антеною решітки. Найбільш універсальними і найбільш поширеними, тим не менш, можна вважати матриці з лінійною структурою.

Враховуючи те, що матриці ПЕ зазвичай реалізуються на основі надвеликих інтегральних схем, що виникають при цьому обмеження призвели до того, що найбільш поширені матриці з одним, двома і трьома трактами даних і з однаковим або протилежним напрямком передачі, що позначаються як ULA, BLA і TLA відповідно .

10.Комп’ютерні системи з командними словами надвеликої довжини (wliv).

VLIW ( «Дуже довга машинна команда») — архітектура процесорів з декількома обчислювальними пристроями. Характеризується тим, що одна інструкція процесора містить кілька операцій, які повинні виконуватися паралельно.

У суперскалярних процесорах також є кілька обчислювальних модулів, але завдання розподілу між ними роботи вирішується апаратно.

Переваги та недоліки

Підхід VLIW сильно спрощує архітектуру процесора, перекладаючи завдання розподілу обчислювальних пристроїв на компілятор. Оскільки відсутні великі і складні вузли, сильно знижується енергоспоживання.

Одні з перших VLIW-процесори з'явилися наприкінці 1980-х і були розроблені компанією Cydrome.

У чистому вигляді архітектуру VLIW мають процесори TriMedia фірми Philips і сімейство DSP C6000 фірми Texas Instruments.

Мікропроцесор Transmeta Crusoe містить шар двійкової сумісності з архітектурою x86, який компілює інструкції у внутрішній формат процесора (code morphing). Ядро Crusoe є VLIW-процесором.

Мікропроцесор Intel Itanium має 64-бітну систему команд EPIC-процесора з явним паралелізмом, яка є одним з варіантів VLIW.

Багатопроцесорний обчислювальний комплекс «Ельбрус-3» і мікропроцесори серії «Ельбрус» («Ельбрус 2000», «Ельбрус S») є VLIW-процесорами.

Процесори, що випускаються фірмою Tilera, також мають VLIW-архітектуру.

VLIW також отримала гарне поширення на ринку GPU, так, відеопроцесори AMD / ATI Radeon починаючи з R600 і до сучасних мають VLIW архітектуру. В останньому поколінні (Southern Islands) компанія AMD / ATI відійшла від підходу VLIW .

VLIW-архітектура також використовується для обробки зображень в системі Expeed цифрових дзеркальних камер компанії Nikon.