Однородные вычислительные среды

В разное время было предложено достаточно много проектов однородных вычислительных сред [1-5]. Какое-то схематичное представление о них дает Рисунок, на котором изображена структура ячейки гипотетической однородной среды. Ячейки находятся в узлах прямоугольной решетки и связаны двунаправленными информационными каналами. Кроме этого, ячейки связаны сетью для ввода программы в ячейку, задания режима ее функционирования «настройка/работа», тактирования. В режиме «настройка» каждая ячейка получает программу, возможно, состоящую из одной команды.

Рис. Структура ячейки гипотетической однородной среды

В режиме «работа» ячейка выполняет команды над операндами, поступающими из информационных каналов или из внутренней, как правило, однобитной памяти. То, какие операнды использовать, и какую операцию выполнять над ними определяется дешифратором команды, который управляет АЛУ и коммутатором ячейки. Эта же команда определяет, на какие информационные выходы, и что надо выдавать из ячейки. Ячейка, как правило, выполняет следующие команды: транзит данных через ячейку с ее входов с записью или без записи в память ячейки; нет операции; суммирование с учетом или без учета переноса; логическая операция (суммирование по модулю 2, или, и, не-и); генерирование константы.

Настройка ячеек может быть статической или динамической. В первом случае команды в регистр программы записываются извне. Во втором случае должен предусматриваться способ, как будет выполняться конфигурирование ячеек (т.е. выполняться загрузка регистров программы ячеек). Ячейки могут двояко воспринимать входную информацию. Когда ячейка формирует выходные сигналы сообразно с конфигурацией, она работает в «комбинационном» режиме или режиме обработки данных, как комбинационный логический блок. Может быть введен дополнительный режим работы ячейки, называемый «режимом модификации», позволяющий интерпретировать входные данные как новое содержимое регистра программы. Ячейки входят в этот режим и выходят из него через скоординированный обмен с соседними ячейками. Во время этого скоординированного обмена соседняя ячейка предоставляет новую программу (таблицу истинности) для модифицируемой ячейки. Конфигурирование ячейки является чисто локальной операцией, в которой участвуют только две ячейки — та, которая имеет новое содержимое, и та, в которую это содержимое записывается. Благодаря локальности, операции конфигурирования могут производиться одновременно во множестве различных областей матрицы ячеек.

Любая из ячеек матрицы может работать в любом из данных режимов. Не существует ячеек с заранее предопределенным режимом работы, он определяется данными от соседних ячеек на входах этой ячейки. В типовой сложной схеме матрица содержит ячейки, которые обрабатывают данные, и ячейки, которые участвуют в реконфигурации других ячеек. Функционирование системы включает тесную кооперацию, взаимодействие, обмен между комбинационными узлами и узлами модификации. Можно не только обрабатывать данные на наборе ячеек, но и заставлять ячейки считывать и записывать конфигурацию других ячеек, что позволяет создавать динамические самоконфигурируемые системы, чье поведение во время выполнения может изменяться в зависимости от локальных событий.

Литература

1. Э.В. Евреинов, Ю.Г. Косарев. Однородные универсальные вычислительные системы высокой производительности. // Новосибирск: Наука, 1966.

2. М.П. Богачев. Архитектура вычислительной системы с однородной структурой. В кн. однородные вычислительные среды. // Львов, ФМИ АН УССР, 1981.

3. В.С. Седов. Матрица одноразрядных процессоров. Львов, НТЦ "Интеграл", 1991.

4. L. Durbeck, N. Macias. The Cell Matrix: An Architecture for Nanocomputing, www.cellmatrix.com.

5. С. Кун. Матричные процессоры на СБИС. // М.: Мир, 1991.