Матричные вычислительные системы

Примером класса SIMD (системы c одиночным потоком команд и множественным потоком данных) являются матричные вычислительные системы.

В матричных ВС имеется общее управляющее устройство, генерирующее поток команд и большое число процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих каждый свой поток данных. Таким образом, суммарная производительность системы оказывается равной производительности всех процессорных элементов.

Одним из первых матричных процессоров был SOLOMON. Он состоял из 1024 процессорных элемента, которые соединены в виде матрицы 32х32. Каждый элемент включает процессор, обеспечивающий выполнение последовательных поразрядных арифметических и логических операций, а также оперативное ЗУ – 16Кбайт. Общее устройство управления от которого по каналам связи передаются команды и общие константы. Длина слова – переменная от 1 до 128, разрядность устанавливается программно. В процессорном элементе используется так называемая модальная логика, которая позволяет каждому процессорному элементу выполнять (или нет) общую операцию в зависимости от значений обрабатываемых данных. В каждом процессорном элементе имеется специальный регистр на четыре состояния – регистр моды. Мода заносится в этот регистр устройством управления. При выполнении последовательности команд модальность передается в коде операции и сравнивается с содержимым регистра моды. Если есть совпадения, то операция выполняется. Имеется возможность передать операнды соседнему процессорному элементу. Взаимодействие с периферийным оборудованием осуществляется через внешний процессор.

Рисунок. Структура матричного процессора

Двухмерный массив ПЭ обрабатывает поток команд, получаемых от центрального управляющего процессора (ЦУП). Каждая команда выполняется всеми процессорами одновременно, каждый ПЭ может обмениваться данными с ближайшим соседом, а также при необходимости пропускать выполнение команды.