Мультиклеточный процессор

Первым параллельным процессором из класса архитектур с хранимым алгоритмом является создаваемый в настоящее время мультиклеточный процессор вида MI(mi)MD(mi,md). Он образован множеством независимо, но согласованно, функционирующих клеток, связанных коммутационной средой.

Машинный язык процессора является развитием языка триад.

Текст программы на языке триад не связан каким-либо образом с количеством клеток. Эта «ресурсная» независимость, неупорядоченность команд внутри их контекстной последовательности (линейного участка) и рассылка всем клеткам всех получаемых результатов обеспечивают «естественную» реализацию параллелизма (без решения задачи распараллеливания), а также эффективное масштабирование процессора [8].

Указанные особенности также делают ненужными все те методы (суперскалярность, широкое командное слово, суперконвейер, спекулятивное и предикатное исполнение и т.п.), которые обеспечивая быстродействие фон-неймановской модели, резко усложняли ее организацию. Отказ от этих методов и использование децентрализованной организации позволяет резко уменьшить сложность мультиклеточного процессора и, соответственно, снизить трудозатраты и повысить качество проектирования.

Одновременно с этим, по сравнению с традиционными фон-неймановскими решениями, улучшаются и характеристики процессора. Первые оценки позволяют говорить о росте производительности в 2-4 раза и снижении энергопотребления в 10 – 15 раз.

Так как мультиклеточный процессор является аппаратной реализацией входного языка программирования, опирающейся не на внешнюю форму, а на сущность языковых выражений, то:

· сохраняется все программное обеспечение, созданное на традиционных императивных языках высокого уровня, и повышается его эффективность;

· процесс компиляции с языка высокого уровня, фактически, ограничивается начальной машинно-независимой («front-end») фазой, что позволяет резко сократить затраты на разработку компиляторов;

· исчезает понятие «программирование на ассемблере», поскольку язык процессора не наглядный и поэтому практически «не программируемый»;

· наиболее эффективной формой существования программ становится исходный текст и, соответственно, программы становятся открытыми.

Следует отметить, что ни одна, из ранее созданных процессорных архитектур, не обеспечивает комплексного решения тех проблем, которые решаются мультиклеточным процессором. Это позволяет говорить о качественно новом направлении в построении микропроцессоров..

 

 

Заключение

Предложенная система классификации программно-управляемых систем позволяет не только систематизировать известные процессорные архитектуры, но и на основании результатов эволюции биологических систем целенаправленно подойти к выбору нового направления их развития.

Таким новым направлением является создание архитектур с хранимым алгоритмом (контекстно-зависимой программой. Данный класс архитектур решает целый ряд задач компьютерной индустрии, которые принципиально не могут быть решены в рамках традиционной фон-неймановской модели или других известных моделей. Это уменьшение сложности и стоимости проектирования процессора, при одновременном повышении его технических характеристик. Повышение языкового уровня процессора и, как следствие, сокращение затрат на создание как компиляторов, так и программного обеспечения в целом. Реализация параллелизма «естественным» образом при использовании традиционных императивных языков, эффективное динамическое реконфигурирование процессора.

 

Список литературы

4.Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем. СПб.: Питер, 2004. 668c.

5.Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине – М.: Советское радио, 1968. 326c.

6.Классификации архитектур вычислительных систем. http://www.parallel.ru.

7.Flynn M. Very high-speed computing system // Proc. IEEE. 1966. N 54. P.1901-1909.

8.Патент № 2179333 RU «Синергическая вычислительная система».

9.Патент № 2198422 RU «Асинхронная синергическая вычислительная система».

10.Streltsov N., Sparso J., Bokov S.,Kleberg S. The Synputer – A Novel MIMD Processor Targeting High Performance Low Power DSP Applications // International Signal Processing Conference, Dallas, 1-3 April, 2003. P. CD-ROM.

11.Стрельцов Н.В. Реализация параллелизма в мультиклеточном процессоре // Труды III Международной научной конференции «Параллельные вычисления и задачи управления». М.: Институт проблем управления, 2-4 октября 2006. С.337-347.