АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1. АНАЛИЗ КЛАССИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 10
1.1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВИЯ 10
1.1.1. УЗКОЕ МЕСТО АРХИТЕКТУРЫ ФОН НЕЙМАНА 10
1.1.2. ПРОБЛЕМА УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПРОЦЕССОРА 11
1.2. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ 14
1.2.1. МНОГОЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ 14
1.2.2. ГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ 15
1.2.3. ВЕКТОРНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ 17
1.2.4. НЕЙРОМОРФНЫЙ ПРОЦЕССОР TRUENORTH 19
1.2.5. FPGA 21
1.2.6. ИИ-ПРОЦЕССОРЫ ASCEND 29
1.2.7. ВЫВОДЫ 30
2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АССОЦИАТИВНОЙ ПАМЯТИ 33
2.1. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ 38
2.1.1. МАГНИТОРЕЗИСТИВНАЯ ПАМЯТЬ С ДВОЙНЫМ ПЕРЕХОДОМ 41
2.1.2. МАГНИТОРЕЗИСТИВНАЯ ПАМЯТЬ С ПЕРЕНОСОМ СПИНОВОГО
МОМЕНТА 42
2.1.3. РЕЗИСТИВНЫЙ АССОЦИАТИВНЫЙ ПРОЦЕССОР 44
2.2. СТРУКТУРА И ПРИНЦИП РАБОТЫ АССОЦИАТИВНЫХ
РЕШАЮЩИХ ПОЛЕЙ 46
2.3. ЗАГРУЗКА ДАННЫХ В АССОЦИАТИВНУЮ ПАМЯТЬ 48
2.3.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ЗАГРУЗКА ДАННЫХ 48
2.3.2. ПОСЛАЙСНАЯ ЗАГРУЗКА ДАННЫХ 49
2.4 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ В АРП ФРАГМЕНТА
ПРОГРАММЫ 50
2.3.3. ВЫВОДЫ 52
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ АРП ПРИ
ВЫПОЛНЕНИИ ОПЕРАЦИИ СОРТИРОВКИ 53
3.1. ПОНЯТИЕ «СОРТИРОВКА» 53
3.1.1. МЕТОД ПУЗЫРЬКА 55
3.1.2. СОРТИРОВКА ПУТЕМ ВСТАВОК 56
3.1.3. СОРТИРОВКА ПОСРЕДСТВОМ ВЫБОРА 57
3.1.4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КЛАССИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
СОРТИРОВКИ В АРП 58
3.1.5. ВЫВОДЫ 60
4. АЛГОРИТМ СОРТИРОВКИ 61
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 66
Внедрение информационных технологий в различные сферы жизни человека, автоматизация производства, совершенствование устройств контроля, технологических процессов приводят к увеличению объема информации. Современные устройства не всегда обеспечивают требуемое быстродействие.
Для увеличения производительности вычислительных устройств в настоящее время используется распараллеливание обработки информации. Одним из методов распараллеливания является применение вычислительных устройств на базе SIMD архитектур. Такими архитектурами являются графические процессоры и ассоциативная память (АП). В настоящей работе осуществляется анализ вычислительных свойств АП.
Отличительной особенностью ассоциативного запоминающего поля (АРП) заключается в том, что в АРП можно получить хранящиеся в них данные без предварительного указания адресов соответствующих ячеек. Для поиска информации используется некоторая совокупность свойств или описаний объекта. Также АП позволяет получить параллельный доступ ко всем ячейкам памяти.
На сегодняшний день появилось такое технологическое решение для изготовления АП, как магниторезистивная память (MRAM). MRAM хранит информацию в виде различного сопротивления элементов хранения. Это обеспечивает уменьшение энергопотребления, увеличения срока службы и быстродействия по сравнению с другими видами памяти.
Ассоциативная память (АП) обладает большим потенциалом повышения производительности обработки информации. Но проведено мало исследований по внедрению и возможностям использования данного вида памяти. Этим обуславливается актуальность данной работы.
Вычислительные свойства АП изучены еще недостаточно, поэтому в работе осуществляется анализ одной из наиболее распространенных задач
обработки информации - сортировки, ресурсозатратных преобразований.
Цель и задачи исследования
Цель научно-исследовательской работы - провести теоретические исследования особенностей работы ассоциативного решающего поля, возможности реализации в АРП различных известных алгоритмов сортировки и разработать алгоритм, повышающий алгоритмическую производительность с учетом структуры и свойств АРП.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• исследование и выявление особенностей функционирования ассоциативного решающего поля;
• анализ существующих разработок АРП;
• анализ и исследование отображения существующих алгоритмов преобразований на АРП;
• разработка нового алгоритма сортировки, учитывая особенности архитектуры и функционирования АП.
Сочетание таких свойств, как высокая производительность при групповой обработке массивов информации, достаточная универсальность делает Ассоциативную память перспективным устройством для широкого класса систем обработки информации. С использованием АП появляется возможность решать ранее не решаемые задачи и повысить эффективность функционирования существующих и разрабатываемых систем обработки информации.
Для выполнения работы был проведен поиск и анализ информации по теме ассоциативной памяти. Поиск осуществлялся по базам данных патентов, диссертаций, научных работ. В результате поиска и анализа выяснилось, что существуют реализации ассоциативной памяти на магниторезистивной памяти. Ассоциативная память обладает большим потенциалом повышения производительности обработки информации. Но проведено мало исследований вычислительных свойств ассоциативных решающих полей.
В настоящей работе был проведен функциональный анализ АРП. Исследование вычислительных свойств на примере задачи сортировки. После анализа отображения классических алгоритмов сортировки на АРП был предложен новый алгоритм сортировки, который учитывает все функциональные и структурные особенности АРП.
