МКМД-БИТ-потоковые субпроцессоры с (микро)программируемой архитектурой

Системотехнические выводы по лекции 4

1. Какие бы методы и средства распараллеливания вычислений ни применялись на различных уровнях управления ходом вычислительного процесса, рано или поздно архитектура (Б)ВС или ее отдельных компонент будет сведена к фон-неймановскому типу, который предполагает последовательный характер перечисления (микро)программных конструкций, описывающих либо бит-инструкцию, либо слов-инструкцию, либо поток-оператор, либо подпрограмму, либо программу, либо задачу, либо комплекс задач и т. д. В таких условиях МКМД-бит-потоковые вычислительные технологии удобны тем, что позволяют в едином операционном и аппаратном базисе оценить аппаратно-временные затраты на организацию вычислений на всех уровнях начиная со слов-командного.
2. Принципиальное отличие МКМД-бит-потоковых вычислительных технологий состоит в том, что обработка в них осуществляется в распределенной, PD -ассоциативные памяти (бит)инструкций, а не данных, как это имеет место в классических ассоциативных архитектурах, и не в сосредоточенных операционных устройствах с фиксированной системой ассемблерных инструкций, как это имеет место в наиболее распространенных современных RISC -архитектурах.
3. Основным источником повышения пропускной способности МКМД-бит-потоковых субпроцессоров по потокам команд и данных является совмещение во времени и пространстве процессов передачи и обработки данных, что позволяет создавать структурно-функциональные схемы, адекватные графу связности операторов решаемой задачи, причем на всех уровнях организации вычислений начиная с бит-процессорного.
4. Технология микропрограммного конструирования МКМД-бит-потоковых субпроцессоров по объективным причинам носит итеративный и интерактивный характер. В таком процессе структурно-функциональная схема субпроцессора синтезируется декомпозицией задач пользователя, нисходящей до микропрограммных алгоритмов реализации отдельных операционных управляющих, адресных и интерфейсных процедур, а оценку качества принятого технического решения можно получить на основе восходящего конструирования топологии всей микропрограммы, реализующей поток-оператор пользователя.
5. В процессе микропрограммного конструирования МКМД-бит-потоковых субпроцессоров можно применять практически все известные алгоритмические, структурно-функциональные, конструктивно-технологические и т. д. методы и средства компенсации системных временных издержек с той разницей, что в этом случае в качестве неделимой единицы проекта служит пространственно фиксированный поток бит-инструкций и пространственно-временной поток данных.
6. МКМД-бит-потоковые вычислительные технологии не устраняют, а только разрывают объективно присутствующие в программах PD -ассоциативные зависимости между порядком перечисления потоков инструкций и содержимым обрабатываемых потоков данных. Для этого на этапе нисходящей декомпозиции задач пользователя необходимо выделить фрагменты с линейным ходом программ, в которых циклы можно организовать по счетчику, а не по условию. Это позволяет четко разделить функции между МКМД-бит-потоковым субпроцессором с гарантированной пропускной способностью по потокам инструкций и данных и контроллером субпроцессорного тракта, обеспечивающим PD -ассоциативное управление поток-операторами.
7. PD -ассоциативные конструкции повышают динамику управления (сверх)большими коллективами вычислителей, но это приводит к усложнению:
   • вычислительных конструкций, из которых содержимое потока данных вычленяет требуемую в данный момент времени функцию, что приводит к росту в основном аппаратных затрат;
   • задач диагностики, где становятся плохо различимыми отказы оборудования и ошибки вычислений;
   • задач оценки пропускной способности вычислителей по потокам инструкций и данных, перечислительные процессы которых становятся нелинейными.
8. МКМД-бит-потоковые вычислительные технологии инвариантны ограничениям, налагаемым на условия правильной работы микро- и оптоэлектронной базы, с той разницей, что в последнем случае пользователь получает доступ к наиболее низкому и наиболее быстрому, логическому (вентильному) уровню организации вычислений, а управление эффективнее осуществляется методами и средствами структурной адаптации через голографическую память, модифицирующую оптоэ-лектронные связи между вентилями на каждом такте их возбуждения.
9. Несмотря на определенные неудачи в области оптоэлектронной вычислительной техники, исследования в этой области показали принципиальную возможность создания нетрадиционных вычислительных технологий, которые по максимуму используют функциональные возможности физических процессов, используемых в качестве вычислительных. В частности, в оптоэлектронных вычислителях можно отказаться от регистровых схем управления, передачи и хранения информации и весь вычислительный процесс реализовать на основе распределенной ассоциативной памяти данных, связанной с произвольно коммутируемой вентильной матрицей разветвленной системой связей прямого доступа.