Термальный синтез микропрограмм алгоритмически ориентированных МКМД-бит-потоковых субпроцессоров

Все поток-инструкции с PD -ассоциативными слов-инструкциями по определению используются однократно. Поэтому в них оказываются эффективными порты вывода типа (см. рис. 5.5), на которые расходуется минимальный объем оборудования.

В поток-инструкциях синтезированных в порядке "чтения" (рис. 5.12-а), каждая -я линейная цепочка содержит всего две слов-инструкции и , которые работают по правилу:

1. - выходы схем "И" 6-го столбца бит-процессоров (см. рис. 5.12-а):

   ( 5.17)

2. - выход вертикального канала транзита бит-процессоров 6-го столбца рис. 5.11-а:

   ( 5.18)

   где:

   • - целочисленное время синтеза супрамолекулярных слов-инструкций ;
   • - время задержки, расходуемое на возбуждение каждой -й слов-инструкции потоком циклических констант .

В поток-инструкциях , синтезированных в порядке "записи" (рис. 5.12-б), каждая -я линейная цепочка содержит 3 слов-инструкции: , первая из которых работает либо согласно (5.15), либо согласно (5.16).

В первом случае (совокупность рисунков 5.9 и 5.12-б):

• для выполнения каждой -й перестановки необходимо предварительно синтезировать специфическую, полностью PD -ассоциативную структуру, которая доопределяется потоком псевдослучайных адресов ;
• слов-инструкции (выходы нечетных строк бит-процессоров 4-го столбца рис. 5.12-б) работают по правилу:

  ( 5.19)

  где: и соответствуют (5.5), а - это задержка на возбуждение , которая зависит как от содержимого всех , так и от их разрядности (в данном случае тактов);
• слов-инструкции (выход вертикального канала транзита бит-процессоров 4-го столбца рис. 5.12-б) работают по правилу:

  ( 5.20)

Во втором случае (совокупность рисунков 5.10 и 5.12-б):

• неспецифическая, DD -ассоциативная структура доопределяется на каждом -м цикле как потоком псевдослучайных адресов , так и специфической, PD -ассоциативной структурой ;
• слов-инструкции работают по правилу:

  ( 5.21)

• слов-инструкции работают по правилу:

  ( 5.22)

Здесь , и соответствуют (5.16), где соответствует моменту окончания синтеза .

В зависимости от типа используемой PD -ассоциативной конструкции:

1. Поток псевдослучайных адресов может использоваться:
   • только на этапе синтеза, как это имеет место в , синтези-руемой в порядке "чтения" (см. рис. 5.12-а), где этот поток управляет порядком размещения в пространстве (то есть по индексу ) слов-инструкций ;
   • только на этапе использования, как это имеет место в рис. 5.11-а, где PD -ассоциативные слов-инструкции "хранят" натуральный ряд чисел , и поэтому управляет только порядком срабатывания ;
   • и на этапе синтеза, и на этапе использования, как это имеет место в рисунков 5.12-а и 5.12-б, где поток управляет и поряд-ком размещения в пространстве слов-инструкций (то есть по индексу ), и порядком их возмущения во времени (то есть по индексу ).

     Очевидно, что в последнем случае требуются дополнительные аппаратные средства "хранения" или "регенерации" потока псевдослучай-ных адресов , обеспечивающие их двукратное использование.
2. Синтез PD -ассоциативных поток-инструкций может осуществляться в пространстве либо фрагментарным, либо хронологическим наращиванием составляющих слов-инструкций. Первое типично для TRANS синтезируемой в порядке "чтения" (см. рис. 5.12-а), второе - для , синтезируемой в порядке "записи" (см. рис. 5.12-б).

   Синтез составляющих слов-инструкций по индексу также можно осуществить как в линейном порядке, так и фрагментарно, например, одновременным включением в одну и ту же слов-инструкцию однотипных термов, занимающих в ней разное положение по .

   Возможен и комбинированный синтез PD -ассоциативных поток-инструкций типа: "фрагментарный по - линейный по ", "фрагментарный по и " и.т. п.

   Поэтому линейный порядок возбуждения PD -ассоциативных слов-инструкций, используемых в режиме , фактически соответствует порядку их размещения в пространстве, а не порядку их синтеза.
3. Цикл возбуждения всех рассмотренных составляет тактов, а фронт возбуждающей волны распространяется в пространстве линейно с задержкой на 2 такта в каждой -й линейной цепочке слов-инструкций. Поэтому отклик поток-инструкций рисунков 5.9, 5.11-а и поток-инструкций рис. 5.12-а составляет . Но в схеме рис. 5.12-а он носит линейный по характер, а в схеме рис. 5.12-б составляющие слов-инструкции возбуждаются уже фрагментарно.

Системотехнические выводы по лекции 5

1. Рекуррентные процедуры синтеза ассоциативных слов- и поток-инструкций определяются термальным составом, который в свою очередь зависит от процедуры декомпозиции реализуемого поток-оператора (см. рис. 5.1). В частности, один и тот же оператор подстановки можно реализовать и на основе трех термов и на основе пяти термов .
2. Рекуррентные процедуры синтеза ассоциативных слов- и поток-инструкций сводятся к наращиванию количества термов и/или их размеров в зависимости от разрядности и/или размерности преобразуемых потоков данных, что делает такой синтез сходным с процессом полимеризации сложных (био)молекулярных соединений.
3. DD-ассоциативные конструкции по определению инвариантны содержимому потоков преобразуемых данных. Поэтому поиск их термального состава сводится:
   • к выбору базовой топологии и настройке линейных цепочек составляющих слов-инструкций на разрядность обрабатываемых операндов , или ;
   • к рекуррентной по процедуре наращивания линейных цепочек слов-инструкций в до размера "скользящего окна" . При этом благодаря фиксированному составу используемых термов и известной разрядности преобразуемых операндов все фазовые сдвиги в слов-инструкциях оказываются вычисляемыми. В результате термальный синтез топологии DD-ассоциативных поток-операторов становится формализованным.
4. Из всех рассмотренных DD - и PD -ассоциативных конструкций минимальные аппаратные затраты требует поток-инструкция , синтезируемая в порядке "чтения", так как основная "сложность" преобразований реализуемой перестановки в этом случае ложится на этап синтеза PD -ассоциативных слов-инструкций . При этом следует учитывать, что топология PD -ассоциативных слов-инструкций по определению зависит от содержимого преобразуемых потоков данных. Но и в этом случае, ограничив состав используемых термов и введя в качестве ограничения фиксированное и зависящее от время задержки в каждой PD -ассоциативной конструкции, можно формализовать процедуру синтеза как отдельных слов-инструкций, так и их линейных цепочек.
5. Для перспективных супрамолекулярных вычислителей выбор между DD - и PD -ассоциативными конструкциями фактически сводится к выбору метода адаптации, который зависит от "времени жизни" гете-роструктуры:
   • если "время жизни" велико, то предпочтение следует отдавать DD-ассоциативным конструкциям, конформационные преобразования которых позволяют настроить их на реализацию требуемой функции;
   • если "время жизни" мало, то предпочтение следует отдавать PD-ассоциативным конструкциям, настройка которых на реализуемую функцию и содержимое одного из преобразуемых операндов требует структурной адаптации.
6. Интерактивный характер выбора топологии термов, а с ней и топологии слов- и поток-инструкций предопределен линейными размерами матриц, априори выделяемых на их реализацию. При этом, как и в молекулярной биологии, следует отличать функционально значимые и промежуточные (вставочные) термы, первые из которых задают правила и циклы взаимодействия между слов-инструкциями, а вторые обеспечивают рекуррентное наращивание по какому-либо параметру однородной функции. Характерно также, что в "активных зонах" DD - и PD -ассоциативные конструкции взаимодействуют не только между собой, но и с потоками управляющих данных, которые задают циклы (по или ) такого взаимодействия.
7. Технологические задержки в соотношениях (5.1)-(5.22) типа и т. п. носят неаналитический характер и существенно зависят от топологической схемы используемой ассоциативной конструкции. Поэтому достичь их априорного знания можно только задав ограничения на допустимый состав элементарных термов, а с ними по возрастающей на топологические схемы слов- и поток-инструкций. В этом и только в этом случае можно формализовать процедуры микропрограммного конструирования ассоциативных поток-процессоров. Последнее говорит о (полу)эмпирическом характере синтеза ассоциативных гетероструктур, что свойственно и реальным молекулярно-биологическим процессам.
8. В МКМД-бит-потоковых матрицах "фронт вычислительной волны" распространяется по бит-матрице с помощью механизмов, сходных "пробоям" в реальных аксонно-коллатеральных связях, что наиболее четко проявляется в интерфейсах рис. 5.12-а. Это указывает на то, что в реальных нейросетях преобразование информации может осуществляться не только в соме нейрона, но и в процессе распространения возбуждения по аксонно-коллатеральным связям, реализующим функции алгоритмически ориентированных PD -ассоциативных субпроцессоров.