Реферат: Методы уменьшения шумов и повышения помехоустойчивости электронных устройств

                                        ВВЕДЕНИЕ

   Универсальные приборы, эквивалентные по значению транзистору, которыесоздаются на тонких кремниевых пластинках СБИС, в настоящее время так миниатюрныи дешевы, что чрезвычайно большое число процессоров может быть объединено вединую сеть.В 1978г. 100.000 элементов было успешно интегрировано в ЗУ объемом64Кбит.В 1981г. фирма Hewlett-Packard  объявила о созданиимикропроцессорного кристалла, содержащего 450.000 элементов.  Следовательно, многопроцессорные компьютеры«среднего класса» с числом кристаллов от нескольких тысяч  и до нескольких миллионов скоро станутрельностью. Т.е.

отдельный компьютер  может содержать 10<img src="/cache/referats/2563/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"><img src="/cache/referats/2563/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/2563/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">     элементов.

  Такие микропроцессорные системы могут быть очень успешно использованыдля решения проблем, примером которых является моделирование в трех измеренияхатмосферных масс для прогноза погоды, моделирование трехмерных зон земнойкоры, моделирование обширных сетей нейронов, составляющих мозг человека, и оченьбольшой набор преобразований, необходимых для восприятия сложного поведенияпространственных объектов.

   Длятаких компьютеров обработка изображений и восприятие образов станут основнымиобластями применения, т.к. они выдвигают прроблемы обработки информации, решениекоторых требует очень больших ибыстродействующих компьютеров с высоким паралелизмом.

  Действительно, какпоказывают исследования, основные вычислительные процедуры при решениибольшинства задач обработки сигналов в реальном масштабе времени могут бытьсведены к набору  операций надматрицами.Широкие исследования  в областивычислительных методов линейной алгебры привели к созданию устойчивых пакетовпрограмм для выполнения этих операций с помощью однопроцессорных компьютеровпоследовательного действия.Для обеспечения выполнения большинства алгоритмов вреальном масштабе времени требуется на порядок увеличить скоростьвычислений.Несмотря на достижения в технологии цифровых интегральных схем(ИС), нельзяпросто рассчитывать на дальнейшие успехи в производстве быстродействующихэлементов вычислительных устройств, и увеличение на несколько порядковпроизводительности процессора для обработки в реальном масштабе времени должно осуществляться эффективнымиспользованием параллелизма при вычислениях.

  Самым непосредственным способом реализации параллельной обработкисигналов является простое присоединение ряда процессоров к общей шине.

Действительно, большинство  современных серийных микропроцессорныхкомплектов отличается такой мультипроцессорностью.К этой мысли пришли несразу.На идею о целесообразности использования структуры из повторяющихся модулейнавела высокая стоимость разработки проекта высокопараллельногоСБИС-процессора.

   Вдухе этих тенденций развитие архитектуры микропроцессорных систем сводится кпостроению многопроцессорных систем  различных типов и разрешению попутнопоявляющихся задач.

   Мыостановимся на основных направлениях развития многопроцессорных систем и напроблеме взаимодействия процессоров с магистралями(затронем историю развития модульных систем из магистрально-модульных).

Традиционные однопроцессорные последовательные ЭВМ имногопроцессорные сети.

 

Обычная «последовательная универсальнаяЭВМ» строится, как правило, посредством подключения быстродействующей памятик единственному центральному процессору(ЦП), который выбирает команды изпамяти, декодирует каждую из них, выбирает данные(в соответствии с предписанием вкоманде), хранящиеся в указанных ячейках памяти, выполняет указанные операции изапоминает результаты в  предписанных ячейках.Кроме того, к системедолжны быть подключены устройства ввода и вывода.<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">              

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">     ЦП               

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">рис.1. <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">В<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">ариантпредставления такой системы:<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">                                                                                   ВВОД-<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">>R-><span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">ВЫВОД<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">             <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">ЗУ подключено к ЦП(содержащему и                                                                       

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">ПАМЯТЬ<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">                        процессор, иконтроллер); они, в свою

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">                                   очередь, связаны с устройствами                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   вводаи вывода

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">                                   (часто черезрегистры

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black">R<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">).

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">Конвейерныесистемы компьютеров(или процессоров).

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> Каждый процессор втакой системе многократно выполняет одну и ту же команду надпоследовательностью данных, проходящих через систему.Это значит, что если одна ита же последовательность команд должна выполняться над большим числом различныхблоков данных, может быть построена конвейерная система длиной во всюпоследовательность команд и данные могут быть пропущены через процессорысистемы П1-П

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">N

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">рис.2. Конвейер из

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">N <span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">процессоров, через которыепроходят данные.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   Устройство-

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">><span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">П1-<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">><span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">П2-<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">><span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">П3-<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">><span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">...-<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">><span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">П<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">N-><span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> Устройство

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">      ввода                           вывода

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">В такте 1 процессор П1будет выполнять первую команду над первым блоком

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">данных.В такте 2 процессорП2 будет выполнять вторую команду над первым блоком данных, а П1-первую командунад вторым блоком данных, и т.д.

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Если в конвйере имеется

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">N<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU"> процессоров, программа будетвыполняться приблизительно в <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">d*N <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">раз быстрее, чем в однопроцессорной ЭВМ(<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">d-<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">коэффициент, учитывающий, чтонет необходимости в выборке и декодировании следующей команды, поскольку каждыйпроцессор осуществляет выборку один раз, а затем многократно повторяетвыполнение одной и той же команды).

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Наиболеевысокопроизводительные из современных «супер-ЭВМ», например,

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Cray-1 <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">и<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black"> CDC-255 <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">фирмы <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Seymour Cray<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">содержат подобные конвейеры из примерно десятка очень мощных и дорогостоящихпроцессоров для выполнения векторных операций над массивами данных.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Наиболее мощныйиз построенных к концу 90х г.г. конвейеров-конвейер многопроцессорной системы

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">CytoComputer<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">, специализированныйна выполнение операций обработки изображений.Каждый из процессоров машины <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">CytoComputer <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">гораздопроще и меньше, чем в ЭВМ <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">Cray-1<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">, но

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">их общее число-113.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Используя новыекристаллы СБИС(один процессор в кристалле), проектируемые на будущее системыпланируется построить из еще большего числа процессоров, которые могут быть объединеныв конвейеры(теоретически произвольной длины).

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU"> Матричные структуры из оченьбольшого числа простых процессоров.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  В 80е г.г. былипостроены 3 очень большие двумерные системы.В их число входят:

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">-распределенный матричный процессор

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">DAP(distributed       array processor) <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">размером64Х64, спроектированный

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> фирмой

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">ICL.<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">-сотовый логический процессор изображений

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">CLIP-4(cellular logic imageprocessor)<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">размером96Х96,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> разработанный влондонском университетском колледже,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">-и большой параллельный процессор

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">MPP(massively parallel      processor)<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">размером128Х128, спроектированный фирмами

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">GoodYear-Aerospace <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">и<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black"> NASA Goddard<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> В этих системахкаждый из тысяч процессоров выполняет одну и ту же команду над различнымипотоками данных.Данные, которые необходимо обработать, и объем которых в идеалесоответствует размерам матрицы процессоров, вводятся в систему таким образом, чтокаждый из процессоров имеет в собственной памяти одно подмножество такихданных, например,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">один элемент растра.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">Затем каждый из процессоров обрабатываетданные, хранящиеся в собственной памяти, а также данные его ближайших соседей.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">рис.3.Матричные структурыЭВМ.

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">а) П-П-П-П-П-П-П-П

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">Двумернаяматрица из 8Х8 процессоров.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   П-П-П-П-П-П-П-П     Каждый процессор соединен с 4мя соседнимипо

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU"> <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   П-П-П-П-П-П-П-П

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">горизонталии вертикали(в других структурах<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   П-П-П-П-П-П-П-П

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">процессорымогут быть соединены в четверки по<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   П-П-П-П-П-П-П-П

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">диагоналямили каждый процессор может быть<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   П-П-П-П-П-П-П-П

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">соединенс 6ю соседними).Каждый процессор

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">   П-П-П-П-П-П-П-П

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">непосредственносвязан с общей памятью(на                                                                         П-П-П-П-П-П-П-П<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">    <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">рисунке не показано), а также поизображенным                                                                                                                                                                                                               линиям связи<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU"> <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">спамятью 4х соседних.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">                   

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">б)    П-П-П-П-П-П-П-П          Матрица из 1Х8 процессоров, каждый из

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">Ввод

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">->R-R-R-R-R-R-R-R-><span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">Вывод   которых соединен с собственной

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">      М М М М М М М М          памятью М, а также(через регистры

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">R<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">)с                                                                                                                                                                                                                                вводом и выводом(иначе это можно

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">рассматривать как вид наприведенную выше структуру 8Х8 с одной стороны, показывающий, что каждый из процессоров(П)одномерной матрицы 1Х8 двумерной структуры размером 8Х8 соединяется ссобственной памятью М и вводом-выводом через регистры).

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">Такие большие матричные системы возможны только благодарятому, чтокаждый процессор выполнен настолько простым, насколько это возможно, ивсе они выполняют одну и ту же команду(т.е.необходим только одинконтроллер).При использовании СБИС-технологий будущего такие параллельныематричные системы  будут становиться всеболее привлекательными из-за простоты и высокой повторяемости их модульнойструктуры.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">Вариации более общих структур сетей.

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">Из-за ограниченных возможностей матриц, вызванных восновном соображениями стоимости(одноразрядные процессоры, единый контроллер исвязи только с соседними процессорами) предпочтительно иметь дело ссетями(процессоров) других видов.Было разработано много типов сетей, включаякольцевые,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">n<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">-кубические, решетчатые, звездные,«снежинка»,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">чечевицеобразные, древовидные, х-древовидные, пирамидальныеи множество структур, описываемых другими графами.В нашем случае граф-простоотображение набора подсистем, объединенных в единый мультипроцессор; инодаузлами графа являются отдельные процессоры или память, а не полные ЭВМ.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Однако такихсистем в действительности было построено очень мало и только 2 из них с числомпроцессоров больше 50:

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">Cm<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> и <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">Genoa machine.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">Число вариантов построения практическибесконечно, поскольку они включают все мыслимые способы соединения всевозрастающего по мере совершенствования и удешевления технологии числапроцессорных элементов.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Среди наиболеепривлекательных сетей выделяются те,         структура которых отражает выполняемый алгоритм.Наиболее интереснымипримерами таких структур являются древовидные и матрицы изменяемой конфигурациииз обычных ЭВМ.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Деревья имеютхорошую структуру для большого числа задач, в которых информациясортируется, сравнивается или каким-либо образом уплотняется и реорганизуется, атакже где она запоминается, извлекается или передается.Матрицы имеют хорошуюструктуру для локальной передачи информации.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Наилучшими считаютсяпирамидальные многопроцессорные системы, поскольку они очень эффективны нетолько при параллельной локальной обработке, но и при глобальных передачах ипреобразованиях информации.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">Архитектура проблемно-ориентированных систем для преобразования потоковданных.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> Вмногопроцессорной сети наилучшим образом можно разместитьпроблемно-ориентированный алгоритм-операции организуются как на сборочномконвейере, а информация продвигается также как бы через конвейер.Это дает потокданных(типа транспортного) о двумерном изображении, и этот поток проходит потрехмерной структуре.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Большие двумерныеобразы прекрасно размещаются в больших матричных структурах, и большие матричныемногопоцессорные системы способны очень эффективно производитьпоследовательности операций по обработке поэтапно преобразуемого изображения.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Пирамидальныепроцессоры в дополнение к этому позволяют

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">программисту свертывать и сжимать запоминаемую информациюо преобразованном изображении, когда необходимо сократить объем этихданных.Представляется также, что пирамидальные процессоры потенциально должныобеспечивать чрезвычайно высокую мощность при обработке потоков изображений вреальном масштабе времени благодаря конвейерной организации обработки такихдвумерных изображений при сложной последовательности операций поэтапнонарастающей глобальности, выполняемых в различных слоях трехмерной пирамиды.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">Соответствие матричных и пирамидальных процессоров технологии СБИС.

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> Процессоры, используемые в матричных ипирамидальных системах, обычно стремятся сохранить максимально простыми. Почтиво всех вариантах систем использовались одноразрядные процессоры с числомвентилей от 100 до 800. Причиной этого является то, что для достижения хотя бычетырехкратного увеличения скорости и вычислительной мощности обработкиблагодаря последовательному наращиванию параллельно работающих процессоровразработчики систем выбирали наиболее простые из возможных одноразрядныепроцессоры, обеспечивая выполнение К одноразрядных операций для обработки

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">К-разрядных чисел или строк.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> По-видимому, объемпамяти, необходимый каждому процессору, является функцией от общего объемапамяти, необходимого для обработки изображений или других наборовданных, поступающих в систему.Поэтому каждый процессор нуждается в памятиотносительно небольшого объема (реализованные системы снабжены памятью от 32 до4096 бит на процессор).

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> П

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">роцессоры объединяются в высокорегулярнуюмикромодульную систему, которая является одной из наиболее пригодных дляреализации в виде СБИС при высокой плотности упаковки.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  В настоящее времяв одном кристалле СБИС выпускается по 4,8 и более таких одноразрядныхпроцессоров.Впоследствии должно стать возможным производство в одном кристаллесотен и даже тысяч процессоров с собственной памятью для каждого.Это резкоконтрастирует с реализацией в СБИС обычных однопроцессорных систем, длякоторых(даже при возможности упаковки одного или нескольких процессоров наодном кристалле)останется необходимым наличие нескольких кристаллов для работыс несколькими миллионами байт быстродействующей памяти каждого из процессоров.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Многопроцессорныематричные и пирамидальные системы из 1024 и более процессоров можно будетпостроить на основе матрицы размером 16Х16, т.е. всего из 256 кристаллов, вкаждом из которых содержится матрица размером 64Х64 из 4096

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">400-элементных процессоров с памятью объемом 512бит.Такая матрица или пирамида, основанием которой была бы матрица,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">содержащая не более одной трети числа процессоров восновании, может быть реализована на достаточно небольшом числе кристаллов со степенью интеграции 10, упакованных наодной пластине.Высокорегулярная микромодульная матричная или пирамидальная структура наиболее привлекательна дляизготовления отказоустойчивой СБИС с интеграцией на уровне пластины.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">Модульные многопроцессорные информационно-измерительные системы.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">В 60х г.г.развитие вычислительной техникипривело к необходимости стандартизировать не только размеры  модулей, но и каналы связи между ним.Это былосделано к 1969г., когда опубликовали европейский стандарт <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">EUR<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">-6100на модульную систему КАМАК(<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">CAMAC)<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">, разработанную ядерными электронщикамиведущих европейских институтов для оснащения сложных экспериментов, например, наускорителях атомных частиц.Одно из прочтений слова <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">CAMAC-Computer Applicationsfor Measurements and Control-<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">применение компьютеров для измерения иуправления.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  В электроннойсистеме модулем является печатная плата с узкой передней панелью и плоскиммногоконтактным разъемом на противоположной стороне платы.Модули вставляют вкаркас с направляющими, в которых скользит плата.Задняя стенка каркаса выполненав виде платы с ответными частями разъемов, которые соединены печатными илинавесными проводниками, образующими электрические магистрали для передачикодированной информации.По специально назначенным проводникам в модули подаетсяэлектрическое питание.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Всеприсоединительные размеры модулей и каркасов строго стандартизованы.Определеныдлительности и амплитуды электрических сигналов, а также напряжения питаниямодулей.Впервые в международной практике были стандартизованы не только размеры, нои логический протокол-правила передачи информации по линиям магистрали.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> В дорогостоящеймагистрали КАМАК линии были использованы весьма нерационально:24 линии длячтения,5-для передачи команд и только 4 линии были определены для передачвсего-навсего 16ти адресов в модуле.Все линии начинались вкрейт-контроллере-крайнем правом модуле, который служил для связи магисталикаркаса-крейта с внешним мини-компьютером,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">работающим в ином логическом протоколе ("

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">crate" <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">по-английскиозначает плоский ящик с отделениями, например, ящик стекольщика).Налево вмагистраль контроллер передавал для 24х модулей информацию, выработаннуюкомпьютером, а направо шла из модулей необработанная, но уже закодированнаяинформация, отображающая величины, измеренные датчиками в эксперименте.Двунаправленностьинтерфейсного контроллера была отображена в эмблеме системы КАМАК в видедвуликого бога Януса.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Через 3-4 годапосле публикации стандарта десятки фирм в разных странах выпускали модули КАМАКболее 300 типов как для экспериментов, так и для контроля и управлениятехнологическими процессами на производствах.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Подобножелезнодорожным системам, электрические модульные системы такжедолговременны.Если модули достаточно широко распространились и их количествопревзошло некий критический уровень, то даже морально устаревшую аппаратуруоказывается выгодным эксплуатировать.Большой парк накопившихся разнообразныхмодулей позволяет в течение нескольких дней, а то и часов, скомпоновать системус новыми характеристиками.Системе КАМАК уже более 25 лет, но она все ещеиспользуется как с ПЭВМ, так и с микропроцессорами,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">встроенными непосредственно в контроллер.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">Микропроцессоры в модулях

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language: RU">.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Создатели системыКАМАК в конце 60х г.г. сами начали применять только что появившиесяинтегральные микросхемы, однако у них не хватило смелости предположить, что в1972г. в электронике начнется революция-появится микропроцессор.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">Неудобства магистрали КАМАК заставили электронщиковискать решения, позволяющие эффективно использовать качественно новуюИС.Введение микропроцессора в модули превращало их в микрокомпьютеры, а крейты-вмногопроцессорные системы, которые нуждаются в емкой памяти с большимколичеством адресов.16 адресов в модуле КАМАК оказались совершеннонедостаточными, поэтому ведущие электронные фирмы

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Motorola <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">и <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Intel <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">ксередине 70х г.г.создали модульные системы 3го поколения:<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Versabus <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">и <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Multibus<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">, магистраликоторых содержали 16, а затем и 20 адресных линий, что обеспечивало емкостьсистемы около 1млн.адресов.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  Потребовались иновые функции в логическом протоколе. Некоторые из процессорных модулейвыполняли самые важные задачи в системе, а другие включались в работу реже,поэтому пришлось устанавливать приоритеты модулей на право занятия магистрали, атакже разрешать конфликтные ситуации, когда 2 или больше модулей одновременнопытаются занять магистраль.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">Для этого потребовались дополнительные линии.Чтобыограничить общее количество линий, стали использовать одни и те же линии дляпередачи как адресов, так и данных: сначала передавали адрес(несколько битовкоторого являются адресом модуля), а затем линии переключали на регистрданных.Эти новшества заложили основы магистрально-модульныхмногопроцессорных информационно-измерительно-управляющих систем-МММИИУС.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU"> Чтобыло дальше.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU"> Для завоеваниямирового рынка

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">Motorola <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">быстро перевела свою систему на европейскиеконструктивы, назвав ее <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">Versabus Module EuropeBus<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">, сокращенно <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">VME,<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">а<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black"> Intel <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">вевропейских же конструктивах выпустил новую систему <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Multibus-2<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">, использовавновшества, реализованные в системе <span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:black">Fastbus<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">, созданной

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">ядерными электронщиками США к 1982г.Во всех трех системахслова адреса и данных увеличены до 32х разрядов, что обеспечило емкость общейпамяти системы в 4 млрд.адресов.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">VME

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">первой вышла на международный рынок, а более совершеннаясистема <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">Multibus-2 <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU">опоздала и не получила должногораспространения, хотя эту аппаратуру начали выпускать более 100 фирм.Аппаратуру <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">VME <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">и ееулучшенные модификации выпускают более 300 фирм в разных странах, несмотря наархаичность базовой структуры системы.В России собирают модули <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">VME<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">, но наиностранных комплектующих и в небольших объемах.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  В ПЭВМ также естьмагистраль, обслуживающая процессор,

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">платы памяти и устройства ввода-вывода информации.Вкомпьютере

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">PS/2 <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">фирмы <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black">IBM <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">к магистрали "<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Microchannel<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">"могут быть присоединены до восьми 16-разрядных процессорных модулей или дочетырех 32-разрядных модулей. Архитектура "<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Microchanne<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">"специализирована на структуру микропроцессоров <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Intel<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">.

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black; mso-ansi-language:RU">  В стандарте

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black">Fastbus <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU">былаопределена локальная информационная сеть произвольной конфигурации, работающая влогическом протоколе, впервые едином для модулей, крейтов и сети.Скоростьпередачи информации через магистраль доведена до рекордного на те временазначения 80 Мбайт/сек., для этого длительность фронтов импульсов пришлосьум
еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике