📄Работа №202201
Тема: Исследование вычислительных свойств ассоциативного решающего поля на примере задач сортировки массивов
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Программирование
Объем:
65 листов
Год:
2019
Просмотров:
63
4650
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
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
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
📖 Аннотация
В данной работе проводится исследование вычислительных свойств ассоциативного решающего поля (АРП) на примере классических задач сортировки массивов данных. Актуальность исследования обусловлена исчерпанием потенциала традиционного увеличения производительности по закону Мура и необходимостью поиска новых архитектурных решений, таких как ассоциативная память, для эффективной параллельной обработки больших объемов информации. В результате функционального анализа АРП и отображения на него известных алгоритмов был разработан и предложен новый специализированный алгоритм сортировки, учитывающий все структурные и функциональные особенности ассоциативной памяти, что демонстрирует её высокий потенциал для групповых операций над данными. Научная значимость работы заключается в углублении теоретических основ применения АРП как вычислительной структуры, а практическая – в возможности использования результатов для проектирования высокопроизводительных систем обработки информации на базе современных технологий, таких как магниторезистивная память (MRAM). Анализ литературных источников, включая работы Дж. Бэкуса о ограничениях архитектуры фон Неймана, Г. Мура о тенденциях развития микроэлектроники, а также патентные исследования в области MRAM, подтверждает перспективность и недостаточную изученность вычислительных аспектов ассоциативных полей.
📖 Введение
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.
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.
✅ Заключение
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.
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.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.