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.

Фенологическая хаpaктеристика Ивановской области

Статья в формате PDF 267 KB...

12 06 2026 21:39:33

ЦЕЛИ НООСФЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Статья в формате PDF 112 KB...

11 06 2026 2:49:51

БАКТЕРИАЛЬНАЯ КОЛОНИЗАЦИЯИНДОМЕТАЦИН-ИНДУЦИРОВАННЫХ ЯЗВ ТОНКОГО КИШЕЧНИКА КРЫСЫ

На поверхности инометацин-индуцированной язвы тонкого кишечника через 24 часа после его однократного введения формируется бактериальный биофильм. ...

10 06 2026 7:38:15

КОРРЕКЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ГЕСТОЗА С ПОМОЩЬЮ ИНГИБИТОРА АРГИНАЗ L-НОРВАЛИНА И ИНГИБИТОРА ФОСФОДИЭСТЕРАЗЫ 5 ТАДАЛАФИЛА

Статья в формате PDF 320 KB...

09 06 2026 3:24:23

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ НЕЙРОРЕАБИЛИТАЦИИ БОЛЬНЫХ ИШЕМИЧЕСКИМ ИНСУЛЬТОМ

Статья в формате PDF 108 KB...

08 06 2026 11:48:20

ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Статья в формате PDF 363 KB...

07 06 2026 20:30:41

ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ НА ПЕРИОД ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ (учебно-методическое пособие)

Статья в формате PDF 98 KB...

06 06 2026 17:38:48

МАТЕРИАЛЫ ПО ОЦЕНКЕ ТОКСИЧНОСТИ ВОДОРАСТВОРИМОГО ФЛЮСА ВФ – 826

Статья в формате PDF 110 KB...

05 06 2026 22:33:17

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНТАКТНЫХ МОЛОЧНЫХ МОЛЯРОВ В ОТВЕТ НА ПРИЛОЖЕННУЮ НАГРУЗКУ

Статья в формате PDF 297 KB...

04 06 2026 5:16:12

Иммунологические аспекты у детей с долихосигмой

Статья в формате PDF 103 KB...

03 06 2026 9:41:36

К проблеме эффективного контроля при реализации инвестиционного проекта

Статья в формате PDF 114 KB...

02 06 2026 7:53:20

ПРИЛОЖЕНИЕ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА К АНАЛИЗУ СТАТИСТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Статья в формате PDF 138 KB...

01 06 2026 1:26:27

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Статья в формате PDF 339 KB...

31 05 2026 8:27:44

ТИПОГРАФИКА (учебное пособие)

Статья в формате PDF 116 KB...

30 05 2026 7:22:47

НАДМОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭНЗИМОПАТИЯ ОКСИДОРЕДУКТАЗ ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ТРАВМЕ

Статья в формате PDF 251 KB...

29 05 2026 10:47:19

Оценка состояния тканей пародонта у больных гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью

Статья в формате PDF 118 KB...

28 05 2026 19:21:14

ПРАВОВОЙ НИГИЛИЗМ В РОССИЙСКОМ ОБЩЕСТВЕ

Статья в формате PDF 122 KB...

27 05 2026 0:44:55

Влияние двойного старения на механические свойства и механизм разрушения аустенитной стали Н22Т2

Статья в формате PDF 125 KB...

26 05 2026 1:32:57

ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ СТАТИСТИКИ

Статья в формате PDF 101 KB...

25 05 2026 5:14:22

РОЛЬ НАУЧНЫХ РЕВОЛЮЦИЙ В ФОРМИРОВАНИИ НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

Статья в формате PDF 241 KB...

24 05 2026 5:57:37

АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВНУТРИБОЛЬНИЧНЫХ ИНФЕКЦИЙ ОТ ОРГАНИЗАЦИИ труда медицинского персонала многопрофильной ведомственной медицинской организации

Статья в формате PDF 251 KB...

23 05 2026 6:41:19

ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАТОРНЫХ ПРОЦЕССОВ КОЖИ ПРИ ТЕРМИЧЕСКИХ ОЖОГАХ

Регенеративная медицина использует различный клеточный материал для замещения клеток поврежденных тканей при различных поражениях, в том числе ожогах. В статье приведены разные технологии лечения, с использованием пуповинной крови и синтомициновой эмульсии. Термический ожог - чаще встречающееся и серьезное воздействие на покровную систему. Исходя из актуальности проблемы, разработали экспериментальную модель нанесения ожогов и накожной аппликации биологически активных веществ. ...

22 05 2026 22:16:16

Опыт сочетанного применения стимуляторов гемопоэза и гипербарической оксигенации при выполнении расширенных вмешательств на легких

Статья в формате PDF 101 KB...

21 05 2026 22:25:40

ЗЕМСКИЕ ВРАЧИ В КОНЦЕ XIX – НАЧАЛЕ XX вв.

Статья в формате PDF 165 KB...

20 05 2026 22:23:49

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ РИТМОВ НА СКОРОСТЬ АБСТРАКТНО-ЛОГИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ СТУДЕНТОВ

Статья в формате PDF 284 KB...

19 05 2026 7:38:28

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ИНсТРУМЕНТА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ ХРОМИРОВАНИЕМ

Статья в формате PDF 255 KB...

18 05 2026 16:26:23

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Приводятся результаты исследований по способу биологической рекультивации земель, нарушенных при добыче алмaзoв в условиях Крайнего Севера. При недостатке потенциально плодородного слоя на отвалах Айхальского ГОКа (горно-обогатительного комбината) АК «АЛРОСА» (ЗАО) рассматривался вопрос использования промышленных отходов осадков КОС (канализационных очистных сооружений) в качестве основы техногенного грунта. Предварительные результаты опыта по использованию осадков КОС показали достаточно высокую перспективность способа, показавшего более 30 % проективного покрытия травостоя. ...