Επεξεργαστής Πίνακας: Αρχιτεκτονική, Τύποι, Εργασία & Εφαρμογές του

Ένας υπερυπολογιστής είναι ένας πολύ ισχυρός υπολογιστής που περιλαμβάνει αρχιτεκτονική, πόρους και στοιχεία που δίνει τεράστια υπολογιστική ισχύ στον καταναλωτή. Ένας υπερυπολογιστής περιέχει επίσης μεγάλο αριθμό από επεξεργαστές που εκτελεί εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια υπολογισμούς κάθε δευτερόλεπτο. Έτσι, αυτοί οι υπολογιστές μπορούν να εκτελέσουν πολλές εργασίες σε λίγα δευτερόλεπτα. Υπάρχουν τρεις τύποι υπερυπολογιστών στενά συνδεδεμένων υπολογιστών συμπλέγματος που συνεργάζονται σαν μια ενιαία μονάδα. Οι υπολογιστές εμπορευμάτων μπορούν να συνδεθούν σε LAN χαμηλής καθυστέρησης και υψηλού εύρους ζώνης και, τέλος, σε υπολογιστές διανυσματικής επεξεργασίας που εξαρτώνται από έναν επεξεργαστή συστοιχίας ή διανύσματα. Ένας επεξεργαστής πίνακα είναι σαν μια CPU που βοηθά στην εκτέλεση μαθηματικών πράξεων σε διάφορα στοιχεία δεδομένων. Ο πιο διάσημος επεξεργαστής συστοιχιών είναι ο υπολογιστής ILLIAC IV που έχει σχεδιαστεί από την Burroughs Corporation. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση ενός επεξεργαστή συστοιχίας – εργασία, τύποι και εφαρμογές.

Τι είναι ο επεξεργαστής συστοιχίας;

Ένας επεξεργαστής που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση διαφορετικών υπολογισμών σε μια τεράστια συστοιχία δεδομένων ονομάζεται επεξεργαστής πίνακα. Οι άλλοι όροι που χρησιμοποιούνται για αυτόν τον επεξεργαστή είναι διανυσματικοί επεξεργαστές ή πολυεπεξεργαστές. Αυτός ο επεξεργαστής εκτελεί μόνο μία εντολή κάθε φορά σε μια σειρά δεδομένων. Αυτοί οι επεξεργαστές λειτουργούν με τεράστια σύνολα δεδομένων για την εκτέλεση υπολογισμών. Έτσι, χρησιμοποιούνται κυρίως για τη βελτίωση της απόδοσης των υπολογιστών.

Array Processor Architecture

Ένας επεξεργαστής πίνακα περιλαμβάνει έναν αριθμό από ALU (Arithmetic Logic Units) που επιτρέπει την επεξεργασία όλων των στοιχείων πίνακα μαζί. Κάθε ALU στον επεξεργαστή παρέχεται με τοπική μνήμη η οποία είναι γνωστή ως στοιχείο επεξεργασίας ή PE. Η αρχιτεκτονική αυτού του επεξεργαστή φαίνεται παρακάτω. Με τη χρήση αυτού του επεξεργαστή, εκδίδεται μια μεμονωμένη εντολή μέσω μιας μονάδας ελέγχου και αυτή η εντολή απλώς εφαρμόζεται σε έναν αριθμό συνόλων δεδομένων ταυτόχρονα. Χρησιμοποιώντας μία μόνο εντολή, μια παρόμοια λειτουργία εκτελείται σε μια σειρά δεδομένων που την καθιστά κατάλληλη για διανυσματικούς υπολογισμούς.

Η αρχιτεκτονική επεξεργασίας πίνακα είναι γνωστή ως δισδιάστατος πίνακας ή πίνακας. Αυτή η αρχιτεκτονική υλοποιείται από τον δισδιάστατο επεξεργαστή. Σε αυτόν τον επεξεργαστή, η CPU εκδίδει μια ενιαία εντολή και μετά από αυτήν εφαρμόζεται σε ένα όχι. δεδομένων ταυτόχρονα. Αυτή η αρχιτεκτονική εξαρτάται κυρίως από το γεγονός ότι όλα τα σύνολα δεδομένων λειτουργούν με παρόμοιες οδηγίες, ωστόσο, εάν αυτά τα σύνολα δεδομένων εξαρτώνται το ένα από το άλλο, δεν είναι εφικτή η εφαρμογή παράλληλης επεξεργασίας. Έτσι αυτοί οι επεξεργαστές συμβάλλουν αποτελεσματικά και ενισχύουν την ταχύτητα επεξεργασίας σε σύγκριση με το σύνολο των οδηγιών.

Λειτουργία του επεξεργαστή πίνακα

Ένας επεξεργαστής πίνακα έχει μια αρχιτεκτονική σχεδιασμένη κυρίως για την επεξεργασία συστοιχιών αριθμών. Αυτή η αρχιτεκτονική επεξεργαστή περιέχει έναν αριθμό επεξεργαστών που λειτουργούν ταυτόχρονα, ο καθένας διαχειρίζεται ένα στοιχείο πίνακα, έτσι ώστε μια μεμονωμένη λειτουργία να εφαρμόζεται σε όλα τα στοιχεία του πίνακα παράλληλα. Για να έχετε το ίδιο αποτέλεσμα σε έναν συμβατικό επεξεργαστή, η λειτουργία θα πρέπει να εφαρμόζεται σε κάθε στοιχείο πίνακα διαδοχικά και πολύ πιο αργά.

Αυτός ο επεξεργαστής είναι μια αυτόνομη μονάδα που συνδέεται με τον κύριο υπολογιστή μέσω ενός εσωτερικού διαύλου ή μιας θύρας I/O. Αυτός ο επεξεργαστής αυξάνει τη συνολική ταχύτητα επεξεργασίας εντολών. Αυτοί οι επεξεργαστές λειτουργούν ασύγχρονα από τον κεντρικό επεξεργαστή για να βελτιώσουν τη συνολική χωρητικότητα του συστήματος. Αυτός ο επεξεργαστής είναι ένα πολύ ισχυρό εργαλείο που χειρίζεται προβλήματα με υψηλό επίπεδο παραλληλισμού.

Τύποι επεξεργαστών πίνακα

Υπάρχουν δύο τύποι επεξεργαστών συστοιχίας όπως: επισυνάπτεται και SIMD που συζητείται παρακάτω.

Συνημμένος επεξεργαστής πίνακα

Ο βοηθητικός επεξεργαστής όπως ο συνδεδεμένος επεξεργαστής συστοιχίας φαίνεται παρακάτω. Αυτός ο επεξεργαστής συνδέεται απλώς με έναν υπολογιστή για τη βελτίωση της απόδοσης ενός μηχανήματος στο πλαίσιο αριθμητικών υπολογιστικών εργασιών. Αυτός ο επεξεργαστής συνδέεται με τον υπολογιστή γενικής χρήσης μέσω μιας διεπαφής εισόδου/εξόδου και μιας διεπαφής τοπικής μνήμης όπου συνδέονται και οι δύο μνήμες όπως η κύρια και η τοπική. Αυτός ο επεξεργαστής επιτυγχάνει υψηλή απόδοση μέσω παράλληλης επεξεργασίας από πολλαπλές λειτουργικές μονάδες.

Επεξεργαστής SIMD Array

Οι επεξεργαστές SIMD («Μία εντολή και πολλαπλή ροή δεδομένων») είναι ένας υπολογιστής με πολλές μονάδες επεξεργασίας που λειτουργούν παράλληλα. Αυτές οι μονάδες επεξεργασίας εκτελούν την ίδια λειτουργία συγχρονισμού υπό την επίβλεψη της κοινής μονάδας ελέγχου (CCU). Ο επεξεργαστής SIMD περιλαμβάνει ένα σύνολο πανομοιότυπων PE (στοιχεία επεξεργασίας) όπου κάθε PES έχει μια τοπική μνήμη.

Αυτός ο επεξεργαστής περιλαμβάνει μια κύρια μονάδα ελέγχου και κύρια μνήμη. Η κύρια μονάδα ελέγχου στον επεξεργαστή ελέγχει τη λειτουργία των στοιχείων επεξεργασίας. Επίσης, αποκωδικοποιεί την εντολή και καθορίζει πώς εκτελείται η εντολή. Έτσι, εάν η εντολή είναι έλεγχος προγράμματος ή βαθμωτή, τότε εκτελείται απευθείας στην κύρια μονάδα ελέγχου. Η κύρια μνήμη χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση του προγράμματος ενώ κάθε μονάδα επεξεργασίας χρησιμοποιεί τελεστές που είναι αποθηκευμένοι στην τοπική της μνήμη.

Πλεονεκτήματα

Τα πλεονεκτήματα ενός επεξεργαστή συστοιχιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Οι επεξεργαστές συστοιχίας βελτιώνουν ολόκληρη την ταχύτητα επεξεργασίας εντολών.
• Αυτοί οι επεξεργαστές τρέχουν ασύγχρονα από τον κεντρικό επεξεργαστή και η συνολική χωρητικότητα του συστήματος βελτιώνεται.
  Αυτοί οι επεξεργαστές περιλαμβάνουν τη δική τους τοπική μνήμη που παρέχει επιπλέον μνήμη στα συστήματα. Επομένως, αυτό είναι ένα σημαντικό ζήτημα για τα συστήματα μέσω περιορισμένου χώρου διευθύνσεων ή φυσικής μνήμης.
• Αυτοί οι επεξεργαστές απλώς εκτελούν υπολογισμούς σε μια τεράστια σειρά δεδομένων.
• Αυτά είναι εξαιρετικά ισχυρά εργαλεία που βοηθούν στον χειρισμό προβλημάτων με μεγάλο βαθμό παραλληλισμού.
• Αυτός ο επεξεργαστής περιλαμβάνει έναν αριθμό από ALU που επιτρέπουν την ταυτόχρονη επεξεργασία όλων των στοιχείων πίνακα.
• Γενικά, οι συσκευές I/O αυτού του συστήματος συστοιχίας επεξεργαστή είναι πολύ αποτελεσματικές στην παροχή των απαιτούμενων δεδομένων απευθείας στη μνήμη.
• Το κύριο πλεονέκτημα της χρήσης αυτού του επεξεργαστή με μια σειρά αισθητήρων είναι το μικρότερο αποτύπωμα.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές επεξεργαστών συστοιχιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Αυτός ο επεξεργαστής χρησιμοποιείται σε ιατρικές και αστρονομικές εφαρμογές.
• Αυτά είναι πολύ χρήσιμα στη βελτίωση της ομιλίας.
• Αυτά χρησιμοποιούνται σε σόναρ και ραντάρ συστήματα.
• Αυτά ισχύουν για την αντι-εμπλοκή, τη σεισμική εξερεύνηση και ασύρματη επικοινωνία .
• Αυτός ο επεξεργαστής είναι συνδεδεμένος με έναν υπολογιστή γενικής χρήσης για τη βελτίωση της απόδοσης του υπολογιστή στο πλαίσιο αριθμητικών υπολογιστικών εργασιών. Έτσι επιτυγχάνει υψηλή απόδοση μέσω παράλληλης επεξεργασίας από πολλές λειτουργικές μονάδες.

Έτσι, αυτή είναι μια επισκόπηση ενός επεξεργαστή πίνακα που έχει μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική για την αντιμετώπιση αριθμητικών πινάκων. Αυτό έχει σχεδιαστεί ο επεξεργαστής ως ανεξάρτητη μονάδα και συνδέεται με υπολογιστή μέσω εσωτερικού διαύλου ή θύρας I/O. Ο υπολογιστής ILLIAC IV είναι ο πιο διάσημος επεξεργαστής συστοιχίας SIMD που έχει σχεδιαστεί από την Burroughs Corporation . Ένας επεξεργαστής πίνακα και ένας διανυσματικός επεξεργαστής είναι και οι δύο ίδιοι με μια μικρή διαφορά. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο επεξεργαστών είναι? ένας διανυσματικός επεξεργαστής χρησιμοποιεί πολλές διανυσματικές αγωγούς, αλλά ένας επεξεργαστής συστοιχίας χρησιμοποιεί ένα αριθ. των στοιχείων επεξεργασίας να λειτουργούν παράλληλα. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι α επεξεργαστή ?