ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО-КОНВЕЙЕРНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Авторы
Файлы

Калмыков И.А. Емарлукова Я.В. Оленева Д.А. Статья в формате PDF 345 KB Хаpaктерной чертой современных систем управления является требование к обеспечению функционирования в реальном масштабе времени. Обеспечить данное требование возможно за счет применения матричных процессоров с одним потоком комaнд и многими потоками данных [1,2,4]. Такие siMD-процессоры представляют собой массив процессорных элементов, действующих синхронно под управлением одного устройства.

Особое место среди вычислительных устройств с SIMD-архитектурой занимают систолические процессоры. Систолические массивы (СМ) хорошо приспособлены для реализации SIMD-вычислений. Они особенно пригодны для специального класса вычислительных алгоритмов с регулярным локализованным потоком данных. СМ представляет собой сеть процессоров, которые ритмически выполняют базовую операцию и передают данные по системе таким образом, что в сети сохраняется регулярный поток данных.

СМ отличается от обычной фон-неймановской машины высоким уровнем конвейерных вычислений. Это представляет интерес для широкого класса вычислительных задач, связанных с вычислением, в которых множество операций повторно выполняется над каждым элементом данных.

В работах [1-3] указаны основные свойства СМ:

синхронность данные обpaбатываются ритмично и пропускаются по конвейерной сети;
модульность и регулярность - массив содержит модульные процессорные элементы с однородной структурой и связями;
прострaнcтвенная и временная локальность - массив хаpaктеризуется локально связанной структурой межпроцессорных соединений, т.е. прострaнcтвенной локальностью;
конвейеризуемость - способность повысить скорость обработки данных.

Конкретная структура СМ задается реализуемым ею алгоритмом вычислений, который определяет структуру и функции, составляющих систолическую матрицу ячеек и структуру связей между ячейками. Различают линейные, циклические, ортогональные, гексогональные и другие виды связей между ячейками [3].

Наибольшее распространение в процессорах ЦОС получили СМ с линейным типом связей. Все множество таких матриц можно разбить на три основные группы.

К первой группе относятся чисто-систолические матрицы (ЧСМ), реализующие выполнение на основе рекурентной формулы Горнера. Следует отметить, что данные матрицы являются наиболее простыми по структуре и выполняемым функциям.

Ко второй группе спецпроцессоров с прострaнcтвенновременным распределением процесса относятся многокaнaльные систолические матрицы (МСМ). Они, как правило, реализуют независимое вычисление каждой отдельной компоненты исходного преобразования. В свою очередь МСМ подразделяются на однофункциональные и многофункциональные. В зависимости от структуры запоминающих устройств и выполняемых функций, различают следующие основные типы МСМ [1]:

блоком регистровых накопителей;
блоком сдвиговых регистров;
с запоминающим устройством с произвольной выборкой.

К третьей группе спецпроцессоров с параллельноконвейерной организацией вычислений относятся макроконвейерные систолические матрицы. Хаpaктерной чертой таких вычислительных устройств является обеспечение в каждой ячейке матрицы выполнения отдельной итерации базовой операции БПФ [2]. Следует отметить, что данные систолические матрицы обладают максимальной сложностью по сравнению с ЧСМ и МСМ.

В настоящее время наибольшее распространение получили систолические матрицы, относящиеся ко второй группе вычислительных устройств с конвейерной организацией. Рассмотрим работу матрицы МСМ с точки зрения обеспечения вычислений в кольце полиномов P(z) поля Галуа.

В матрицах данного типа реализуются вычисления согласно рекуррентной схеме Горнера [1]. В этом случае реализация ортогональных преобразований сигналов в полях Галуа будет представлена следующим образом:

где β -ообразный элемент мультипликативной группы порядка d, порождаемой полиномом p (z).

Тогда схемная реализация (1) может быть осуществлена на основе параллельно-конвейерного принципа вычислений. Проведенные исследования показали, что применение параллельно-конвейерных вычислений в кольце полиномов для современных систем управления позволяет повысить быстродействие вычислительного устройства в 1,45 раза при обработке 24 разрядных данных по сравнению с быстрыми алгоритмами ДПФ. При этом схемные затраты будут составлять не более 77% от затрат на реализация процессора БП.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Кухарев Г. А. Алгоритмы и систолические процессоры для обработки многозначных данных. Минск: Наука и техника, 1990. -295 с
Кухарев Г.А., Тропченко А.Ю. Систолические процессоры для обработки сигналов. Минск: Беларусь, 1988. -127 с.
Кун С. Матричные процессоры на СБИС./Пер с англ. М.: Мир, 1991. 671 с.
Калмыков И.А., Тимошенко Л.И. Систолическая матрица для цифровой фильтрации в модулярной арифметике./Современные наукоемкие технологии №11, 2007.- С.113-115.

СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ КЛЕТОЧНО-ГУМОРАЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ АЛЛЕРГИЧЕСКОГО РИНИТА И БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ

Статья в формате PDF 120 KB...

18 04 2024 11:27:55

РОЛЬ ЗАНЯТИЙ БАСКЕТБОЛОМ В ФОРМИРОВАНИИ ЛИЧНОСТИ

Статья в формате PDF 326 KB...

17 04 2024 22:50:24

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Статья в формате PDF 255 KB...

16 04 2024 11:39:33

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ С ГИБРИДНОЙ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ

Статья в формате PDF 113 KB...

15 04 2024 0:57:51

ВЕЧНЫЕ ВОПРОСЫ: ВЗГЛЯД СО СТОРОНЫ

Статья в формате PDF 496 KB...

14 04 2024 19:56:56

КРАТКИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ ПО НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ (электронное пособие)

Статья в формате PDF 89 KB...

13 04 2024 5:43:13

КЛИНИКО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО ТЕЧЕНИЯ ФУЛЬМИНАНТНЫХ ВИРУСНЫХ ГЕПАТИТОВ

Статья в формате PDF 111 KB...

12 04 2024 18:23:52

ИНВАЛИДНОСТЬ В КОНТЕКСТЕ ТЕОРИИ ЖИЗНЕННОГО МИРА ЛИЧНОСТИ

Статья в формате PDF 141 KB...

11 04 2024 23:24:14

БИОТЕХНИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ЧИСЛЕННОСТЬ НАБЛЮДЕНИЙ

Статья в формате PDF 390 KB...

10 04 2024 12:33:25

КОМПЛЕКСНАЯ ТЕРАПИЯ ПАЦИЕНТОВ С ПОСТТРАВМАТИЧЕСКИМИ НЕЙРОПАТИЯМИ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ

Статья в формате PDF 96 KB...

09 04 2024 21:11:35

ИЗМЕНЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ТРАВЯНЫХ ЭКОСИСТЕМ ТУВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

Статья в формате PDF 291 KB...

08 04 2024 8:12:26

К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ В РОССИИ ЦЕНТРОВ ЗДОРОВЬЯ

Современные социально-экономические преобразования в стране и переход на качественно новые требования к оказанию медицинской помощи диктуют необходимость анализа и разработки новых организационные форма работы медицинских учреждений, которыми призваны быть Центры здоровья. Но в связи со множеством проблем в нашей системе здравоохранения, остается множество вопросов связанных с программой развития Центров здоровья. В статье рассматриваются проблемы связанные с созданием и развитием таких центров в Росси. Затрагиваются вопросы финансирования здравоохранения в целом и Центров здоровья в частности. Существующая система российского здравоохранения действует в условиях жесткого финансового дефицита, что отражается на качестве предоставления медицинских услуг. В цифрах же – в 2007 году бюджет здравоохранения в России составил 5,4% ВВП, при этом в других развитых странах – около 10% (Германия – 10,4%, США – 15,7%). Расходы на здравоохранение в физическом выражении на человека в год в 2007 году в России составили 493 долл. США, при этом в том же году в США – 7,285 долл., в Германии – 4,209. В связи с этим вопрос создания Центров здоровья в России остается открытым. ...

07 04 2024 0:44:25

Полиорганные патоморфологические поражения у новорожденных доношенных детей с нeблагоприятным исходом от пневмонии

Статья в формате PDF 105 KB...

06 04 2024 0:54:35

ВОДНОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И КАЧЕСТВО ВОД РЕКИ АНГАРЫ (ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕХНОГЕНЕЗА)

Статья в формате PDF 130 KB...

05 04 2024 8:17:24

ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ СПРОСА КАК ФАКТОР РЕШЕНИЯ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ

Статья в формате PDF 126 KB...

04 04 2024 13:31:22

Tрaнcпортная способность альбумина у больных распространенным гнойным перитонитом

Статья в формате PDF 103 KB...

03 04 2024 20:35:32

ЛАБОРАТОРНАЯ ДИАГНОСТИКА ЛИСТЕРИОЗА

Статья в формате PDF 138 KB...

02 04 2024 3:31:26

ИЗУЧЕНИЕ СУТОЧНОЙ АКТИВНОСТИ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕСТВА НАСТОЯЩИЕ ТЮЛЕНИ НА ПРИМЕРЕ КОЛЬЧАТОЙ НЕРПЫ

Статья в формате PDF 250 KB...

01 04 2024 8:10:39

ON THE ISSUE OF GEOELECTROMAGNETIC ECOLOGY IN KRASNOAYRSKI KRAY

Статья в формате PDF 82 KB...

31 03 2024 10:33:50

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННО-КОАГУЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗОЛЫ ШЛАМ-ЛИГНИНА

Статья посвящена решению проблемы рекуперации осадка отстойников целлюлозно-бумажной промышленности. Предложено использовать золу шлам-лигнина в качестве высоко эффективного сорбента сточных вод различного состава. ...