Теория и методы реализации массивных вычислений в итеративно-битовых СБИС-структурах

• Автор: Князьков, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 375 с.

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕН ЫЙ УНИВЕР СИТЕТ
На правах рукописи
КНЯЗЬКОВ
Владимир Сергеевич
ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ МАССИВНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ИТЕРАТИВНО-БИТОВЫХ СБИС-СТРУКТУРАХ
Специальность - 05.13.13. -«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Специальность - 05.13.05. -«Элементы и устройства вычислительной техники и
систем управления»
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Пенза 1998

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.
МАССИВНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ : СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ, ОСОБЕННОСТИ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДДЧ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
1.1. Современные подходы и способы построения ЭВМ и систем
для массивных вычислений
1.2. Способы организации и особенности архитектуры ЭВМ и систем
для массивных вычислений
1.3. Классы задач и особенности их реализации
1.4. Основные проблемы, направления исследований и выводы
ГЛАВА 2.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ МАССИВНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ИТЕРАТИВНО-БИТОВЫХ ПРОЦЕССОРНЫХ СТРУКТУРАХ
2.1. Основные понятия и определения
2.2. Сложность и особенности размещения данных в итеративно-битовых
процессорных структурах при массивных вычислениях
2.2.1. Векторные схемы размещения данных
2.2.2. Матричные схемы размещения данных
2.3. Способы организации и сложность массивных вычислений
в одномерных итеративно-битовых процессорных структурах
2.3.1. Массивно-последовательные разрядно-параллельные вычисления
2.3.2. Массивно-последовательные разрядно-последовательные
вычисления
2.3.3. Массивно-последовательные разрядно-параллельные конвейерные
вычисления
2.3.4. Массивно-последовательные разрядно-последовательные ковейерные
вычисления
2.4. Способы организации и сложность массивных вычислений в
двумерных итеративно-битовых процессорных структурах
2.4.1. Массивно-последовательные разрядно-последовательные
ортогонально-конвейерные вычисления
2.4.2. Массивно-последовательные разрядно-параллельные ортогональноконвейерные вычисления
2.4.3. Массивно-последовательные ортогонально-конвейерные
диагональные вычисления
2.4.4. Массивно-параллельные разрядно-последовательные
вычисления
2.4.5. Массивно-параллельные разрядно-параллельные вычисления
2.4.6. Массивно-параллельные разрядно-параллельные
диагональные вычисления
2.4.7. Массивно-параллельные разрядно-последовательные
диагональные вычисления
2.4.8. Массивно-параллельные диагонально-конвейерные вычисления
2.5. Способы организации и сложность массивных вычислений в
трехмерных итеративно-битовых процессорных структурах
2.6. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 3.
АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАССИВНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ИТЕРАТИВНОБИТОВЫХ ПРОЦЕССОРНЫХ СТРУКТУРАХ
3.1. Основные положения и определения
3.2. Основные свойства элементарных функций 8-алгебры
3.3. Представления 8 -функций
3.3.1. Табличное представление функций Б -алгебры логики
3.3.2. Аналитическое представление функций Б -алгебры логики
3.4. Методы преобразования 8 - функций
3.4.1. Преобразование аналитических представлений функций Булевой
алгебры в представления 8-функций
3.4.2. Минимизация функций 8-алгебры логики
3.5. Алгебраический метод синтеза алгоритмов массивных вычислений
3.6. Основные результаты и выводы

параллельно вводятся на обработку во все МЭП, параллельно и независимо выполняется их преобразование, формирование и фиксация результатов.
Системы этого вида наиболее эффективны при решении задач, в которых требуется выполнять операцию одного и того же типа над всеми элементами обрабатываемого массива данных и результаты обработки текущего шага зависят только от исходных значений этих элементов - групповая обработка. При ином характере обработки возникают простои оборудования, снижается пропускная способность решающего поля, повышается стоимость решения задачи. Эффективность таких систем повышается, если обработка носит "массовый" характер - операция преобразования данных является одной и той же в течение нескольких тактов работы системы. В этом случае настройка МЭП выполняется на достаточно длительный период работы системы. Достоинство систем с командным управлением является их функциональная гибкость, но с другой стороны их производительность относительно невысока.
При коммутационном управлении обработка данных в У ОД решающего поля строится на основе принципа коммутации потоков данных. В этом случае многофункциональные УОД решающего поля строятся из наборов СЭП различных типов (рис. 1.5.).
Элементы потока данных распределяются между СЭП УОД коммутатором потоков данных. Управление коммутатором обеспечивается на каждом шаге вычислений общей командой управления коммутацией из центрального узла управления системы.
Таким образом, система команд УОД реализуется аппаратно - набором СЭП УОД , организатором вычислений является коммутатор потоков данных. При данной концепции построения УОД временная сложность выполнения одной операции над данными определяется выражением :
прУ ОД »-р I грСЭИ
* обр - Акт 1 оп,
где Тк - время срабатывания коммутатора потоков данных, ТСэп - время выполнения операции в СЭП.
Важной особенностью УОД этого типа является возможность организации работы нескольких СЭП в совмещенном режиме (рис.1.6.). При этом в