Модель процессорного элемента

В большинстве вычислительных систем модель процессорного элемента содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры данных, сетевой интерфейс, номер процессорного элемента, регистр флага разрешения маскирования, локальная память.

Процессорные элементы, управляемые командами, поступающими по широковещательной шине из контроллера массива процессоров (КМП) могут выбирать данные из своей локальной памяти и регистров, обрабатывать их в АЛУ и сохранять результаты в регистрах и локальной памяти. Каждому из процессорных элементов присваивается свой уникальный номер, который называется адресом процессорного элемента и который представляет собой целое число от 0 до N-1. Чтобы указать, должен ли данный процессорный элемент участвовать в операции, в его составе имеется регистр флага разрешения F. Состояние этого регистра определяют сигналы управления из контролера массива процессоров либо в результате операции в самом процессорном элементе.

Ассоциативные системы

Ассоциативные системы относятся к системам класса ОКМД. Данные системы, как и матричные, характеризуются наличием большого числа операционных устройств. Данные устройства одновременно по командам одного управляющего устройства ведут обработку нескольких потоков данных. Но, эти устройства существенно отличаются от матричных способами формирования потока данных. В ассоциативных системах информация на обработку поступает от ассоциативных запоминающих устройств, отличающихся тем, что информация из них выбирается не по определённому адресу, а по содержимому. Таким образом, ассоциативную систему можно в общем случае представить как систему, обладающую двумя свойствами:

1) данные, находящиеся в памяти могут выбираться на основании их содержания или части их содержания;

2) операции преобразования данных, как арифметические, так и логические, могут осуществляться над несколькими множествами аргументов при помощи одной команды.

Структурная схема ассоциативной системы может быть представлена в таком виде:

Структурная схема ассоциативной системы

Главное отличие ассоциативной системы от обычной системы последовательной обработки информации состоит в использовании ассоциативной памяти, а не памяти с адресуемыми ячейками. Это главное отличие влечёт за собой отличия и в других устройствах. Принципы работы ассоциативного запоминающего устройства поясняет следующая схема:

Ассоциативное ЗУ

Запоминающий массив это m ячеек по n разрядов. Ассоциативное запоминающее устройство содержит запоминающий массив, регистр ассоциативных признаков, регистр маски и регистр индикаторов адреса со схемами сравнения на входе. Выборка информации из ассоциативного запоминающего устройства происходит следующим образом: в регистр ассоциативных признаков (Рг АП) из устройства управления передаётся код признака искомой информации. Код может иметь произвольное число разрядов (от 1 до m). Если код признаков используется полностью, то он без изменения поступает на схему сравнения. Если необходимо использовать только часть кода, то ненужные разряды удаляются с помощью регистра маски. Перед началом поиска информации все разряды регистра индикатора адреса устанавливаются в состояние 1. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек и содержимое сравнивается первым разрядом регистра ассоциативных признаков. Если содержимое первого разряда i^й ячейки не совпадает с содержимым первого разряда регистра ассоциативных признаков, то соответствующий этой ячейке разряд регистра индикатора адреса сбрасывается в состояние 0. Если совпадает, то остаётся предыдущее состояние. Затем операция повторяется со вторым, третьим и последующими разрядами до тех пор, пока не будет произведено сравнение всеми разрядами регистра ассоциативных признаков. Таким образом, в состоянии 1 останутся только те разряды регистра индикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадающую с записанной в регистре ассоциативных признаков. Эта информация может быть считана в той последовательности, которая определяется устройством управления. Заметим, что время поиска информации зависит только от числа разрядов и от скорости опроса разрядов, но совершенно не зависит от числа ячеек запоминающего устройства. Запись новой информации в запоминающий массив производится без указания номера ячейки. Обычно, один из разрядов каждой ячейки используется для указания её занятости. Т.е. если ячейка свободна для записи, то в этом разряде записан 0, если занята – 1. Тогда, при записи, новой информации устанавливается признак 0 в соответствующем разряде регистра ассоциативных признаков и определяются все ячейки, которые свободны для записи. В одну из них устройство управления помещает новую информацию. Нередко ассоциативные запоминающие устройства строятся таким образом, что кроме ассоциативной, допускается и прямая адресация данных. Необходимо отметить, что запоминающие элементы ассоциативного запоминающего устройства, в отличии от элементов адресуемых запоминающих устройств должны не только хранить информацию, но и выполнять определённые логические функции. Это позволяет осуществить поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям. Т.е. условия могут быть такого плана: содержимое ячейки больше или меньше признака установленного в регистре ассоциативных признаков. Может быть также больше или равно, или меньше или равно тому значению, которое устанавливается в регистре ассоциативных признаков. Отмеченные выше свойства характеризуют преимущества ассоциативных запоминающих устройств обработки информации. Формирование нескольких потоков идентичной информации осуществляется быстро и просто. А с большим числом операционных элементов можно создавать высокопроизводительные системы. Надо учитывать, что на основе ассоциативной памяти легко реализуются изменения места и порядка расположения информации. Благодаря этому, ассоциативные запоминающие устройства являются эффективным средством формирования наборов данных.

Ассоциативная память определяется как память системы, из которой находящиеся в ней данные могут быть выбраны на основании их содержания, а не по адресам данных. Основной запоминающий элемент ассоциативной памяти называется ячейкой разрядов. Такая ячейка может один бит информации записать в себя, считать его и сравнить с запрашиваемой информацией. Операции поиска, которые состоят из маскирования и сравнения выполняются по-разному, в зависимости от организации ассоциативной памяти. Типичными операциями сравнения являются попарно: «равно», «не равно»; «меньше чем», «больше чем»; «не больше», «не меньше»; «максимальная величина», «минимальная величина»; «между границами», «вне границ». При помощи маскирования можно выделить только те поля в ключевом слове, которые нужно использовать для сравнения при поиске. Ассоциативные системы, в свою очередь, могут быть разбиты на четыре категории, в соответствии с организацией процесса сравнения в их ассоциативной памяти:

1) полностью параллельные;

2) поразрядно последовательные;

3) пословно-последовательные;

4) блочно-ориентированные.

В полностью параллельных системах логика сравнения может быть предусмотрена в каждой ячейке разряда каждого слова, или же, в каждой группе ячеек, представляющих код символа при фиксированном числе разрядов в коде. В поразрядно-последовательных системах операции выполняются в каждый момент времени только над одним разрядным срезом всех слов.