Автор неизвестен - Информация, язык, интеллект - страница 81

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  121  122 

 

Q = (0/12)

 

Здесь критерий качества, равный нулю во всех 12 разрядах Q = (0/12), является максимальным или самым лучшим для взаимодействующих век­торов m = (110000110011); A = (110000110011), поскольку он определен минимальным числом единиц на двенадцати координатах вектора. Для сравнения двух решений, полученных в результате логического анализа, следует использовать сжатые векторы качества Q, над которыми необходимо выполнить процедуру, включающую следующие векторные операции:

Q(m,A)=

= jQ!(m, A) <- Q(m, A) ©Q1(m, A) лQ2(m, A) = 0; (8) lQ2(m,A)^ Q1(m,A)©Q^m,A)лQ2(m,A) ф 0.

Для двоичных векторов, представляющих собой критерии качества, выполнена процедура выборалучшего их них на основе выражения, представ­ленного в (8):

 

Q(m, A) = (6,12)

111111........

Q2(m, A) = (8,12)

11111111_

Q1(m, A) aQ2(m, A)

111111........

Q1(m, A) ®Q,(m, A) ^(m, A)

 

Q(m, A) = Q1(m, A)

111111........

Предложенная модель вычислительного про­цесса на основе векторных логических операций и разработанные аналитические модели и методы анализа таблиц, а также критерии качества реше­ния позволяют использовать все упомянутое в виде инфраструктуры для поиска квазиоптимального покрытия, диагностирования одиночных и крат­ных дефектов программных и/или аппаратных блоков. Модель векторных вычислений может слу­жить основой для разработки специализирован­ной мультипроцессорной архитектуры, ориенти­рованной на решение, например, следующих задач технической диагностики: моделирование исправ­ного поведения цифрового устройства, заданного таблицей истинности; определение качества теста по таблице неисправностей; минимизация тесто­вых наборов; поиск тестовых последовательнос­тей, распознающих дефект; идентификация крат­ной неисправности, имеющей место в цифровом изделии.

5. Архитектура логического ассоциативного мультипроцессора

Для анализа больших информационных объ­емов логических данных существует несколько практически ориентированных технологий: 1. Ис­пользование рабочей станции, где анализ решается программным путем и последовательно, поскольку существует только один процессор. Стоимость ре­шения проблемы, а также временные затраты очень высоки. 2. Разработка специализированного па­раллельного процессора на основе PLD. Высокий параллелизм обработки информации компенсиру­ет сравнительно низкую по сравнению с CPU так­товую частоту. Такое схемотехническое решение с возможностью перепрограммирования является по производительности выигрышным вариантом. Недостаток — отсутствие гибкости программных методов решения логических задач и высокая сто­имость реализации системы на кристалле PLD при больших объемах промышленного выпуска изде­лия. 3. Лучшее решение связано с объединением достоинств CPU, PLD и ASIC. Это — гибкость про­граммирования системы уравнений, которая поз­воляет оперативно корректировать спецификацию в виде исходных кодов; минимальная мощность команд и простые схемотехнические решения ап­паратной реализации мультипроцессора; распа­раллеливание процесса решения логических задач на структуре однобитовых процессоров. Импле-ментация мультипроцессора в кристалл ASIC дает возможность получить максимальную тактовую частоту, минимальную стоимость чипа при боль­ших объемах выпуска изделия, низкое энергопот­ребление.

Базовая конфигурация LAMP имеет сферичес­кую структуру мультипроцессора (рис. 4), состоя­щую из 16 векторных секвенсоров, каждый из ко­торых, включая граничные элементы, соединен с восемью соседними. Каждый секвенсор содержит блок векторных логических операций, ассоциа­тивную память, блок регистров, интерфейс, а так­же входной и выходной мультиплексоры для связи с другими процессорами.


LAMP есть ad hoc технология и специализиро­ванное вычислительное устройство, реализуемое в кристалле ASIC, для быстрого решения логичес­ких (предикатных) уравнений ассоциативного по­иска (ЛУАП) информации. Структура LAMP и мо­дель обработки уравнений имеет прототип в виде процессора PRUS [1], разработанного доктором Stanley Hyduke (CEO Aldec, USA). Она представля­ет собой сеть параллельных синхронизированных векторных процессоров.

Занесение информации в процессор подобно классической схеме (design flow), за исключением того, что стадия place and route заменяется фазой распределения ЛУАП между всеми логическими бит-процессорами, работающими параллельно. ЛУАП Compiler обеспечивает размещение уравне­ний по процессорам, задает время формирования решения на выходе каждого из них, а также пла­нирует передачу полученных результатов другому процессору. LAMP есть эффективная сеть про­цессоров, которая обрабатывает систему ЛУАП и обеспечивает обмен данными между компонента­ми сети в процессе их решения. Простая схемотех­ника каждого процессора позволяет эффективно обрабатывать сверхбольшие массивы, насчиты­вающие миллионы бит информации, затрачивая на это в сотни раз меньше времени по сравнению с универсальным процессором. Базовая ячейка —
векторный процессор для LAMP может быть син­тезирован на 200 вентилях, что дает возможность сеть, содержащую 4096 вычислителей, легко имп-лементировать в ASIC, используя современную си­ликоновую технологию. Учитывая, что затраты па­мяти для эмуляции ЛУАП весьма незначительны, LAMP может представлять интерес для проекти­рования систем управления в таких областях чело­веческой деятельности, как: индустрия, медицина, защита информации, геология, прогнозирование погоды, искусственный интеллект, космонавтика. LAMP представляет особый интерес для цифровой обработки данных, распознавания образов и крип­тоанализа. Одним из основных приложений LAMP в EDA (Electronic Design Automation) технологиях является эмуляция больших проектов, имплемен-тируемых в ASICs и FPGA. Учитывая изложенное выше, далее формулируется проблема, цель и зада­чи исследования в связи с основным предназначе­нием мультипроцессора.

Одним из возможных вариантов архитектуры мультипроцессора LAMP может служить структу­ра, представленная на рис. 5.


Основным компонентом структуры является мультипроцессорная матрица P = [Pj ], card(4 х 4), содержащая 16 вектор-процессоров, каждый из которых предназначен для выполнения 4-х логи­ческих векторных операций над содержимым па­мяти данных, представленной в виде таблицы, раз­мерностью A = card(m х n).

Интерфейсный блок служит для обмена данны­ми и загрузки программы обработки данных в со­ответствующую память команд. Блок управления осуществляет инициализацию выполнения команд логической обработки данных и синхронизирует функционирование всех комопнентов мультипро­цессора. Блок Infrastructure IP предназначен для сервисного обслуживания всех модулей, диагнос­тирования дефектов и восстановления работоспо­собности компонентов и устройства в целом.

6. Инфраструктура векторно-логического анализа

Инфраструктура — совокупность моделей, мето­дов и средств описания, анализа и синтеза структур данных для решения функциональных задач. Мо­дель (системная) — совокупность взаимосвязан­

(9)

ных, определенных в пространстве и времени ком­понентов с заданной адекватностью описывающая процесс или явление и используемая для достиже­ния поставленной цели при наличии ограничений и метрики оценивания качества решения. Здесь ограничения есть аппаратурные затраты, время разработки и производства до появления изделия на рынке (time-to-market), подлежащие миними­зации. Метрика оценивания решения при исполь­зовании модели определена двоичным вектором в дискретном булевом пространстве. Концепту­альная модель вычислительного изделия в общем случае представлена совокупностью управляюще­го и операционного автоматов. Системная модель LAMP функциональности использует новейшую GALS (Global Asynhronus Local Synchronus) техно­логию создания цифровых изделий с выраженной иерархией. Модель предполагает высокое быстро­действие взаимодействующих компонентов, ко­торое обеспечивается локальной синхронизацией отдельных модулей и одновременно глобальной асинхронностью функционирования всего уст­ройства. Если говорить о функционировании (сис­темы) LAMP, то ее основная цель есть получение квазиоптимального решения в интегрированной задаче поиска и/или распознавания путем исполь­зования компонентов инфраструктуры, ориенти­рованных на выполнение векторных логических операций:

P(m, A) = max Qt (m A Ai),

i=1

m = {ma ,mb ,mc,md }.


Структура интерфейса системы, соответствую­щая данным функционалам, представлена на рис. 6. Все компоненты {A,ma,mb,mc,md} могут быть как входными, так и выходными. Двунаправленная де­тализация интерфейса связана с инвариантностью отношения всех переменных, векторов, А-матри-цы и компонентов к входам и/или выходам инфра­структуры. Поэтому структурная модель системы LAMP может быть использована для решения лю­бых задач прямой и обратной импликации в диск­ретном логическом пространстве, чем подчеркива­ется ее отличие от концепции автоматной модели вычислительного устройства с выраженными вхо­дами и выходами.A = (mb л A).


i=1



ферных, входных и вьжодных векторов, а также для идентификации оценки качества удовлет­ворения входного запроса. В целях детализации структуры векторного процессора или секвенсора необходимо синтезировать основные практически ориентированные процедуры анализа информа­ционных таблиц. Процессные модели (процесс-модели), соответствующие аналитической записи вычислений, дифференцируются в две структуры: анализ А-матрицы по столбцам и по строкам. Пер­вая из них представлена на рис. 7 и предназначена для определения множества всех допустимых ре­шений относительно входного запроса mb. Вто­рая процедурная структура (рис. 8) осуществляет поиск оптимального решения из всех возможных, найденных в первой процессной модели путем анализа строк. Кроме того, вторая структура имеет и самостоятельное применение, ориентированное на определение однозначного и многозначного решения, например, при поиске дефектов в техни­ческом изделии.

ся логическое вычитание из первого регистра mb содержимого второго вектора mc с последующей записью результата в регистр md . Для реализации второго уравнения, которое формирует множес­твенное решение, элемент and заменяется функ­цией or. Схема имеет также переменную выбора режима поиска решения: single или multiple. Про­цесс-модель использует в качестве входного усло­вия вектор ma, который управляет выбором век­торной операции and, or для обработки единичных A (mai = 1) є A или нулевых A (mai = 0) є A строк A-таблицы. В результате выполнения n тактов осуществляется накопление единичных и нулевых относительно значений координат вектора ma ре­шений в регистрах A1, A0 соответственно. Априори в указанные регистры заносится вектор единиц и нулей: A = 1, A0 = 0 . После обработки всех n строк A-таблицы за n тактов выполняется векторная конъюнкция содержимого регистра A с инвер­сией регистра 4 , которая формирует результат в виде вектора mb, где единичные значения коор­динат определяют решение. При анализе таблицы неисправностей цифрового изделия единичным координатам вектора mb соответствуют столбцы, отождествляемые с номерами дефектов или неис­правных блоков, подлежащих восстановлению или ремонту.msb = ( Л A) л ( V A)
Все операции, представленные в двух моделях процессов, являются векторными. Процесс-мо­дель анализа строк (см. рис. 7) формирует вектор ma — идентификации допустимых mai = 1 или противоречивых mai = 0 решений относительно входного условия mb за n тактов обработки всех m-разрядных векторов таблицы A = card(m х n). Качество (допустимость) решения определяется для каждого взаимодействия входного вектора mb и строки A є A на блоке (девекторизации) дизъ­юнкции. Матрица A может быть модифицирована путем пересечения со входным вектором на основе

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  121  122 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа