Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры

Купить бумажную книгу и читать

Название: Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры

Автор: И.А. Каляев, И.И. Левин, Е.А. Семерников, В.И. Шмойлов

Издательство: ЮНЦ РАН

Год: 2008

Страниц: 393

Формат: PDF

Размер: 5.64 Мб (rar)

Качество: отличное

Язык: Русский

В книге рассмотрена перспективная концепция реконфигурируемых многопроцессорных вычислителей. Суть этой концепции заключается в том, что архитектура вычислительной системы должна иметь возможности адаптироваться под структуру решаемой задачи. Фактически это означает, что пользователю должна быть предоставлена возможность программировать проблемно-ориентированные многопроцессорные вычислительные системы, структура которых адекватна решаемой ими задаче. При этом в отличие от известных архитектур, достигается высокая реальная производительность вычислительной системы на широком классе задач, а также почти линейный рост производительности при увеличении числа процессоров.

Содержание

Глава 1. Принципы организации реконфигурируемых мультиконвейерных вычислительных структур 17

1.1. Проблема производительности многопроцессорных систем 17

1.2. Потоковые задачи и способы их решения 26

1.3. Принципы мультиконвейерной обработки потока данных 32

1.4. Мультимикро- и мультимакроконвейерные вычислительные структуры 40

1.5. Структурно-процедурный способ организации мультиконвейерных вычислений 47

Глава 2. Мультимикроконвейерные вычислительные структуры на однородных средах 58

2.1. Архитектура однородной вычислительной среды 58

2.2. Организация вычислительного процесса в ОВС 64

2.3. Математическая модель ОВС 67

2.4. Синтез спецпроцессоров в среде 73

2.5. Структура микропрограммного обеспечения 77

2.6. Процесс настройки поля ОВС 79

2.7. Программирование однородных сред 82

2.7.1. Образование и использование констант 82

2.7.2. Внешняя подача констант в спецпроцессор 85

2.7.3. Форматы операндов 86

2.7.4. Спецпроцессоры арифметических и логических операций 88

2.8. Решение прикладных задач на ОВС 102

2.8.1. Задача обработки изображений 102

2.8.2. Реализация цифровых фильтров в поле ОВС 104

2.9. Аппаратная реализация мультимикроконвейерных структур на ОВС 115

2.10. О перспективах развития однородных вычислительных сред 123

Глава 3. Структурно-процедурная организация вычислений в мультиконвейерных структурах 132

3.1. Принципы функционирования мультимакроконвейерных вычислительных структур 132

3.2. Преобразование информационных графов в структурно-процедурные программы 142

3.3. Преобразование задачи в структурно-процедурную форму 152

3.4. Преобразование функционально-регулярных информационных графов 161

3.5. Преобразование в кадровую форму решения задачи Пуассона 164

3.6. Преобразование в структурно-процедурную форму

информационных графов нерегулярной структуры 181

3.7. Структурно-процедурная реализация задачи трассировки 186

Глава 4. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры на основе ПЛИС 197

4.1. Модульно-наращиваемая реализация реконфигурируемых мультиконвейерных вычислительных структур 197

4.2. Элементная база реконфигурируемых мультиконвейерных вычислительных структур 207

4.2.1. Заказные СБИС 207

4.2.2. Базовые матричные кристаллы 208

4.2.3. Системы-на-кристалле 209

4.2.4. Программируемые логические интегральные схемы 211

4.3. Принципы построения базовых модулей реконфигурируемых мультиконвейерных вычислительных структур на основе ПЛИС 218

4.4. Реализация базовых модулей реконфигурируемых мультиконвейерных вычислительных структур на основе ПЛИС 223

4.4.1. Структуры базовых модулей первого поколения 223

4.4.2. Структура базовых модулей второго поколения 226

4.4.3. Базовые модули третьего поколения 231

4.4.3.1. Базовый модуль третьего поколения 16V4-50 232

4.4.3.2. Базовый модуль для решения задач цифровой обработки сигналов 234

4.4.3.3. Базовый модуль 4V4-25 малогабаритного ускорителя персонального компьютера 238

4.4.4. Базовые модули перспективных разработок 241

4.4.4.1. Структура базового модуля высокопроизводительных систем 243

Глава 5. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры с макрообъектной архитектурой 248

5.1. Принципы построения реконфигурируемых вычислительных структур на основе макрообъектной архитектуры 248

5.2. Обобщенная структура макрообъекта 256

5.3. Вычислительные блоки макрообъектов 259

5.3.1. Представление данных в макропроцессоре 259

5.3.2. Обобщенная структурная схема функциональных узлов с плавающей запятой 260

5.3.3. Функциональный узел сложения чисел с плавающей запятой 261

5.3.4. Функциональный узел умножения чисел с плавающей запятой 262

5.4. Макрообъект для решения задач математической физики сеточными методами 263

5.5. Пример решения задачи математической физики с помощью макрообъекта 268

5.6. Макрообъект для решения задач цифровой обработки сигналов 271

5.7. Макрообъект для решения задач линейной алгебры 287

5.7.1. Структура макрообъекта для решения задач линейной алгебры 287

5.7.2. Реализация алгоритма решения СЛАУ методом Гаусса 288

5.8. Универсальный макрообъект 292

5.8.1. Структура макропроцессора 293

5.8.2. Макропроцессор с каскадной коммутационной структурой 295

5.8.3. Каскадный коммутатор макропроцессора 298

5.8.4. Элементарный процессор 299

5.8.5. Блок команд макропроцессора 300

5.8.6. Блок операндов 302

Глава 6. Системное математическое обеспечение реконфигурируемых мультиконвейерных вычислительных структур 304

6.1. Структура системного математического обеспечения 304

6.2. Язык ассемблер 314

6.2.1. Общие сведения 314

6.2.2. Элементы языка 317

6.2.3. Программирование распределенной памяти 323

6.2.4. Операторы управления 332

6.2.5. Внешние операторы контроллера распределенной памяти 334

6.3. Язык параллельного программирования высокого уровня COLAMO 336

6.4. Среда проектирования параллельно-конвейерных программ 364