ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ РЕШАЕМОЙ ЗАДАЧИ 7
1.1 Актуальность задачи 7
1.2 Цель выпускной квалификационной работы 7
1.4 Анализ предметной области 8
2 ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ
ПРОЦЕССОРОВ 11
2.1 Общие сведения 11
2.2 Тепловыделение 11
2.3 Оптимизация конвейера 12
2.4 Уменьшение техпроцесса 13
3 СТРУКТУРА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АРП 14
3.1 Принцип действия 14
3.2 Структура матрицы 16
3.3 Операции в АРП 17
4 ПЛИС 23
4.1 Общие сведения о ПЛИС 23
4.2 FPGA на базе MRAM 25
4.3 Выбор FPGA для реализации 30
4.4 Реализация АРП на FPGA 33
5 ОБЗОР ЭЛЕМЕНТОВ МРП 36
5.1 Общие сведения о МРП 36
5.2 МРП для реализации АП 40
5.3 Реализация АП на базе МРП 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 50
Вычислительные системы основанные на предложенной в 40-х годах прошлого столетия структуре вычислителя фон Неймана и дальнейших его модификациях являются до настоящего времени основными ресурсами в информационных технологиях. В первую очередь это обусловлено тем, что с конца 80-х и далее годов от множества предлагаемых архитектур компьютеров был осуществлен переход к массовому производству компьютеров, использующих 2 основных принципа выполнения вычислений:
• разделение вычислителя и памяти данных,
• реализация на всех уровнях вычислительной структуры конвейерной обработки (конвейеры обработки данных, микропрограмм, команд, пересылок и т.п.).
Это позволило, в конце концов, от множества архитектур, разрабатываемых в 70-х, 80-х годах перейти к конвейерным параллельным вычислительным структурам, как наиболее оптимальным, относительно имеющихся тогда технологий. Со стороны экономической это было весьма оправдано, поскольку, например, стоимость заводов по производству процессоров составляла миллиарды долларов.
В основе многих параллельных систем основным принципом так и осталась конвейеризация, что привело к появлению кластерных архитектур суперкомпьютеров, основанных на применении большого количества многоядерных процессоров. Такие архитектуры используют до 90% современных высокопроизводительных систем.
В тоже время к настоящему времени появилось понимание того, что конвейерные принципы обработки близки к исчерпанию своих возможностей именно в силу уменьшения длительности элементарных информационных преобразований и усиливающихся при этом квантовых и мощностных эффектов.
Вследствие этого в последнее время были разработаны архитектуры процессоров с другими принципами распараллеливания, также базирующиеся на отработанных (в смысле доведения почти до совершенства) ранее технологиях:
• многоядерные процессоры (наследники гипертрейдинга),
• графические процессоры;
• математические процессоры;
• ввода-вывода;
• нейропроцессоры;
• медийные процессоры.
В силу своих особенностей они позволяют повысить производительность вычислений.
При разработке выпускной квалификационной работы был проведен анализ проблем современных вычислительных систем. Были выявлены недостатки и предложены способы их исправить.
В результате данной работы были разработаны способы реализации модели ассоциативного решающего поля на программируемых логических структурах.
Был исследован принцип работы АРП, их структура, а так же операции которые можно реализовать.
Были исследованы различные ячейки ПЛИС для реализации решаемой задачи. Также, были изучены ПЛИС на базе МРП.
Были исследованы различные элементы МРП и реализация на данных элементах АП.
