Алгоритмические модели и структуры узлов специализированных процессоров цифровой обработки сигналов с векторизацией вычислений

• Автор: Царёв, Александр Павлович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Щецин
• Количество страниц: 368 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ДОСТИЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

1. 1 ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАДАЧ И ПРИЛОЖЕНИЙ

ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЦОС И ТРЕБОВАНИЯ К

РЕАЛИЗУЮЩЕЙ ИХ АППАРАТУРЕ

1.2. ИСТОРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ТЕНДЕНЦИЙ ОПТИМИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ ЦОС

1.3. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СПЕЦПРОЦЕССОРОВ ЦОС
1.4. КРАТКИЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗРАБОТКИ СТРУКТУР СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

2.СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ УЗЛОВ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ

ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ВЕКТОРНОМАТРИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.
2.1. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ, СИНТЕЗУ И РЕАЛИЗАЦИИ .АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОРОВ ЦОС
НА ОСНОВЕ ВЕКТОРНОМАТРИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
2.2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ ДЛЯ ВЕКТОРИЗОВАННОЙ РЕАЛИЗАЦИИ БАЗОВЫХ ОПЕРАЦИЙ МАТРИЧНОЙ АЛГЕБРЫ.
2.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ВЕКТОРИЗАЦИИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ УМНОЖЕНИИ МАТРИЦ
2.4 СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ УЗЛОВ СПЕЦПРОЦЕССОРОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЛИНЕЙНОАЛГЕБРАИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ НАД МАТРИЦАМИ.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.ИЗ
3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ ДЛЯ
ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ЦОС.
3.1. СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРОВ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ЛИНЕЙНОЙ СВРТКИ И КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ ДЛЯ ОДНОМЕРНЫХ ДАННЫХ
3.2. ОБОБЩЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕШЕНИЙ НА СЛУЧАЙ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДВУМЕРНОЙ СВРТКИ И КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ.
3.3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОРОВ БЫСТРОГО ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИСКРЕТНЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.
4. СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ.
4.1. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ
4.2. СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРУКТУРНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
4.3. АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРОВ РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА
4.4. СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОРОВ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.
5. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ СТРУКТУР УЗЛОВ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЦОС
5.1. СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ПОЭЛЕМЕНТНОГО И РЕДУКЦИОННОГО СУММИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕКТОРОВ.
5.2. СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ УМНОЖЕНИЯ ВЕКТОРОВ
5.3. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ СТРУКТУР ВЕКТОРНОМАТРИЧНЫХ И МАТРИЧНОМАТРИЧНЫХ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕЙ.
5.4. СИНТЕЗ СТРУКТУР СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.В
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ УЗЛОВ И МОДУЛЕЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МУЛЬТИКОНВЕЙЕРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.
6.1. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ БАЗОВОГО НАБОРА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ ДЛЯ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТИПОВЫХ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ ЧИСЛОВЫХ МАССИВОВ
6.2. ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СБИС ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ НАБОРА И ИХ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
6.3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЛЕКТА ПОЛУЗАКАЗНЫХ СБИС ДЛЯ СПЕЦПРОЦЕССОРОВ ЦОС С ПОРАЗРЯДНОМУЛЬТИКОНВЕЙЕРНОЙ ОБРАБОТКОЙ ОПЕРАНДОВ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Микросхема обладает возможностью комплексирования и предназначена для построения мультипроцессорных систем цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени. Среди экзотических СБИС для систем ЦОС, демонстрирующих сегодняшний уровень развития микроэлектронных технологий, уместно будет также отметить кристалл конвейерного КМОП умножителяаккумулятора, выполняющий 0x6 операций умножениясложения в секунду 9, кристалл мультиконвейерного БПФпророцессора, позволяющий вычислить точечное ДГ1Ф за 9, мкс. Как видно из приведнных выше данных, развитие архитектур сигнальных процессоров общего назначения имеет тенденцию к распараллеливанию выполнения арифметических и логических операций и внутрикристальному наращиванию количества одновременно функционирующих операционных процессорных блоков. Ещ одной возможностью, предоставляемой разработчику СБИСпроцессоров ЦОС производителями микроэлектронных компонент, являются транспьютеры,. Современные транспьютеры представляют собой разрядные универсальные процессорные элементы, работающие с быстродействием млн. Транспьютер состоит из четырх основных функциональных частей процессора с уменьшенным числом команд, ОЗУ мкостью 2К байт, разрядного мультиплексированного интерфейса ОЗУ и четырх последовательных каналов связи. Текущее состояние транспьютера определяется шестью внутренними регистрами. Основные арифметические операции выполняются за не. Связи между отдельными транспьютерами в мультитранспьютерной системе осуществляется последовательными кодами, что является естественным решением проблемы снижения сложности межпроцессорной коммутационной среды. Настоящей сенсацией на рынке электронных микросхем стало появление программируемых логических интегральных микросхем ПЛИС фирм и XIIX огромной емкости, а также форсированная разработка компонент базовых операционных блоков ЦОС в библиотеках их прошивок. Фирма , в частности, предложила разработчикам радиоэлектронного оборудования, применяющим сигнальные процессоры, самим сконструировать свою СБИС, которая бы наилучшим образом отвечала требованиям задачи ,2. Для эффективной разработки сложных устройств ЦОС на ПЛИС компания предлагает i i библиотеку специализированных программных функций и . Среди функций этой библиотеки цифровые последовательные и параллельные КИХфильтры, схемы сложения, умножения с фиксированной и плавающей запятой, схема БПФ, декодер Витерби, схема преобразования РидаСоломона, дискретное косинуспреобразование и др. Утверждается , что на основе ПЛИСтехнологий можно будет уже в скором будущем достичь таких характеристик при разработке специализированных устройств ЦОС, которые недостижимы при использовании самых современных СБИС сигнальных процессоров широкого назначения даже с нетрадиционными архитектурами. Учитывая, что ПЛИСтехнологии развиваются сверхбыстрыми темпами фирма ХИЛЫХ, в частности, анонсировала уже микросхему содержащую миллион базовых ячеек, а библиотеки стандартных прошивок узлов и модулей ЦОС постоянно расширяются, можно прогнозировать значительный рост заинтересованности разработчиков радиоэлектронного оборудования к этим СБИС. Как показывает анализ литературных источников и информационносправочных материалов фирм производителей микроэлектронных компонент последовательный обмен данными между отдельными СБИС применяется не только в транспьютерах. Вс более широкое применение при построении многопроцессорных СБИСсистем цифровой обработки сигналов находят микросхемы, оперирующие с отдельными разрядами операндов с побитноконвейерной обработкой и вводомвыводом данных ,,. Эти СБИС обладают целым рядом преимуществ по сравнению с микросхемами, работающими с параллельными кодами позволяют расположить значительное число процессорных элементов на одном кристалле, обеспечивают более высокий уровень распараллеливания вычислений, упрощают реализацию коммутационных связей между операционными блоками. К тому же принцип поразрядной обработки данных позволяет работать со словами переменной длины, что также является существенным достоинством этого подхода.