Superračunalnik je zelo zmogljiv računalnik, ki vključuje arhitekturo, vire in komponente, ki potrošniku dajejo ogromno računalniško moč. Superračunalnik vsebuje tudi veliko število procesorji ki vsako sekundo opravi milijone ali milijarde izračunov. Tako lahko ti računalniki v nekaj sekundah opravijo številne naloge. Obstajajo tri vrste superračunalnikov, tesno povezanih računalnikov v gruči, ki delujejo skupaj kot ena enota. Običajni računalniki se lahko povežejo z omrežji LAN z nizko zakasnitvijo in visoko pasovno širino ter končno z računalniki za vektorsko obdelavo, ki so odvisni od matričnega procesorja ali vektorjev. Matrični procesor je kot CPE, ki pomaga pri izvajanju matematičnih operacij na različnih podatkovnih elementih. Najbolj znan matrični procesor je računalnik ILLIAC IV, ki ga je oblikovalo podjetje Burroughs Corporation. Ta članek obravnava pregled an matrični procesor – delovanje, vrste in aplikacije.
Kaj je Array Processor?
Procesor, ki se uporablja za izvajanje različnih izračunov na velikem nizu podatkov, se imenuje matrični procesor. Drugi izrazi, ki se uporabljajo za ta procesor, so vektorski procesorji ali večprocesorji. Ta procesor izvaja samo eno navodilo naenkrat na nizu podatkov. Ti procesorji delajo z ogromnimi nabori podatkov za izvajanje izračunov. Torej se uporabljajo predvsem za izboljšanje zmogljivosti računalnikov.
Arhitektura matričnega procesorja
Procesor matrike vključuje številne ALU (aritmetično logične enote), ki omogočajo skupno obdelavo vseh elementov matrike. Vsak ALU v procesorju ima lokalni pomnilnik, ki je znan kot procesni element ali PE. Arhitektura tega procesorja je prikazana spodaj. Z uporabo tega procesorja je eno samo navodilo izdano prek krmilne enote in to navodilo se preprosto uporabi za več nizov podatkov hkrati. Z uporabo enega samega ukaza se podobna operacija izvede na nizu podatkov, zaradi česar je primeren za vektorske izračune.
Arhitektura obdelave nizov je znana kot dvodimenzionalni niz ali matrika. To arhitekturo izvaja dvodimenzionalni procesor. V tem procesorju CPE izda eno navodilo in po tem se uporabi za št. podatkov hkrati. Ta arhitektura je v glavnem odvisna od dejstva, da vsi nabori podatkov delujejo po podobnih navodilih, vendar če so ti nabori podatkov odvisni drug od drugega, ni mogoče uporabiti vzporedne obdelave. Tako ti procesorji prispevajo učinkovito in povečajo hitrost obdelave v primerjavi s celotnimi navodili.
Delovanje matričnega procesorja
Matrični procesor ima arhitekturo, ki je v glavnem zasnovana za obdelavo nizov števil. Ta procesorska arhitektura vsebuje več procesorjev, ki delujejo hkrati, pri čemer vsak obravnava en element polja, tako da se ena sama operacija uporablja za vse elemente polja vzporedno. Da bi dosegli enak učinek v običajnem procesorju, je treba operacijo uporabiti za vsak element polja zaporedno in veliko počasneje.
Ta procesor je samostojna enota, povezana z glavnim računalnikom prek notranjega vodila ali V/I vrat. Ta procesor poveča skupno hitrost obdelave ukazov. Ti procesorji delujejo asinhrono iz gostiteljske CPE, da izboljšajo celotno zmogljivost sistema. Ta procesor je zelo zmogljivo orodje, ki rešuje težave z visoko stopnjo paralelizma.
Vrste matričnih procesorjev
Obstajata dve vrsti matričnega procesorja; priložen in SIMD, ki je obravnavan spodaj.
Priložen matrični procesor
Spodaj je prikazan pomožni procesor, kot je priključen matrični procesor. Ta procesor je preprosto povezan z računalnikom za izboljšanje zmogljivosti stroja v okviru numeričnih računskih nalog. Ta procesor je povezan z računalnikom za splošne namene prek V/I vmesnika in lokalnega pomnilniškega vmesnika, kjer sta povezana tako pomnilnik, kot sta glavni in lokalni. Ta procesor dosega visoko zmogljivost z vzporedno obdelavo več funkcionalnih enot.
Procesor SIMD Array
Procesorji SIMD ('Single Instruction and Multiple Data Stream') so računalniki z več procesorskimi enotami, ki delujejo vzporedno. Te procesne enote izvajajo enako operacijo pri sinhronizaciji pod nadzorom skupne krmilne enote (CCU). Procesor SIMD vključuje niz enakih PE (procesni elementi), kjer ima vsak PES lokalni pomnilnik.
Ta procesor vključuje glavno krmilno enoto in glavni pomnilnik. Glavna krmilna enota v procesorju nadzoruje delovanje procesnih elementov. Poleg tega dekodira navodilo in določi, kako se navodilo izvede. Torej, če je navodilo programsko krmiljenje ali skalarno, se izvede neposredno v glavni krmilni enoti. Glavni pomnilnik se v glavnem uporablja za shranjevanje programa, medtem ko vsaka procesna enota uporablja operande, ki so shranjeni v lokalnem pomnilniku.
Prednosti
Prednosti matričnega procesorja vključujejo naslednje.
- Matrični procesorji izboljšajo celotno hitrost obdelave ukazov.
- Ti procesorji delujejo asinhrono iz gostiteljskega CPE-ja, s čimer se splošna zmogljivost sistema izboljša.
Ti procesorji vključujejo lasten lokalni pomnilnik, ki zagotavlja dodaten pomnilnik sistemom. To je torej pomemben dejavnik za sisteme z omejenim naslovnim prostorom ali fizičnim pomnilnikom. - Ti procesorji preprosto izvajajo izračune na ogromnem nizu podatkov.
- To so izjemno zmogljiva orodja, ki pomagajo pri reševanju težav z visoko stopnjo paralelizma.
- Ta procesor vključuje številne ALU-je, ki omogočajo hkratno obdelavo vseh elementov niza.
- Na splošno so V/I naprave tega sistema procesorskih nizov zelo učinkovite pri zagotavljanju zahtevanih podatkov neposredno v pomnilnik.
- Glavna prednost uporabe tega procesorja z vrsto senzorjev je manjši odtis.
Aplikacije
The aplikacije matričnih procesorjev vključujejo naslednje.
- Ta procesor se uporablja v medicinskih in astronomskih aplikacijah.
- Ti so zelo koristni pri izboljšanju govora.
- Uporabljajo se v sonarju in radar sistemi.
- Uporabljajo se pri preprečevanju motenj, potresnem raziskovanju in brezžično komunikacijo .
- Ta procesor je povezan z računalnikom za splošne namene, da izboljša zmogljivost računalnika pri aritmetičnih računskih nalogah. Tako doseže visoko zmogljivost z vzporedno obdelavo več funkcionalnih enot.
To je torej pregled matričnega procesorja, ki ima specifično arhitekturo za obravnavanje številskih nizov. to procesor je zasnovan kot samostojna enota in je z računalnikom povezan prek notranjega vodila ali I/O vrat. Računalnik ILLIAC IV je najbolj znan procesor nizov SIMD, ki ga je oblikovalo podjetje Burroughs Corporation . Procesor polja in vektorski procesor sta enaka z majhno razliko. Razlika med tema dvema procesorjema je; vektorski procesor uporablja več vektorskih cevovodov, matrični procesor pa št. procesnih elementov za vzporedno delovanje. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je a procesor ?
