Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 52
Текст из файла (страница 52)
процессоры, предназначенные для обработки аналоговых сигналов, выпускаются в виде БИС и могут содержать в себе аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП). Так, простейший микропроцес- 249 сор К1813 для обработки сигналов (рис. 9.12) содержит цифровуго и аналоговую части. В цифровую часть входят: ПЗУ программ на 192 слова длиной в 24 разряда, двухпортовое статическое ОЗУ на 40 слов длиной в 25 разрядов, память констант на 16 слов, специ альный регистр (СР), используемый для преобразования входим„ напряжений, и операционное устройство. Операционное устроя ство содержит 25-разрядное АЛУ и масштабирующее устройство (МУ).
Кроме того, цифровая часть содержит устройство управления и синхронизации с обычным для компьютеров счетчиком команд и тактовым генератором. В аналоговую часть этой БИС входят ЦАП, компаратор (К), а также два мультиплексора: входных (М ) и выходных (М, ) сигналов со схемами выборки-хранения. Схема цифрового обмена (ЦСО) переводит работу аналоговых входов в режим последовательного ввода. Система команд отражает специфику данного процессора, ориентированного на обработку аналоговых сигналов. Формат команды имеет длину 24 бита и разбит на пять полей: КОпАЛУ[3], АдрА[6], АдрВ[6], Сдвиг[4], АнК[5]. Поле кода аналоговой операции АнК предназначено для управления аналоговой частью, а остальные четыре поля — цифровой.
Масштабирующее устройство позволяет быстро за счет сдвига производить умножение цифровой информации на константу. Число операций невелико: восемь арифметико-логических, две команды перехода и возврата, а также пять команд условной арифметико-логической обработки. Условные команды в поле АнК содержат номер бита регистра СР, значение которого определяет условие выполнения цифровой команды. В более сложной БИС процессора ТМ8320 аналоговых элементов нет. Преобразователи сигналов подключаются к этой БИС в качестве внешних устройств. В дополнение к внутренней памяти программ можно подключать дополнительную внешнюю память. 250 Рис.
9.12. Структура аналогового процессора К!813 Рис. 9.13. Двухпроцессорный анализатор спектра Операционная часть содержит 32-битное АДУ с аккумулятором, сдвиговые регистры, матричный умножитель 16 х 16, а также внутреннюю память данных емкостью 144 х 16. На базе такого процессора можно строить мультипроцессорные системы, в качестве примера которых приведем двухпроцессорный анализатор спектра (рис. 9.13).
Каждый процессор использует внешнюю память программ. Примером специальной ВС для обработки графических изображений является система «Титан», в состав которой входят четыре векторных процессора и дополнительные графические средства (рис. 9.14). Векторный процессор использует принцип конвейерной обработки и наделен большим регистровым файлом— аналоговым запоминающим устройством (АЗУ), объединенным с целочисленным процессором и процессором обработки элементов изображения. Собственно операции с дисплейным файлом осуществляются целочисленным процессором.
Одна часть разделенной шины служит для загрузки векторного процессора, а вто- Цзд ( Шд( 1 АЩ Рис. 9.14. Мультипроцессорная ВС «Титан» 251 рая — для обмена данными между целочисленным процессором векторным процессором, памятью, графической подсистемой и портами ввода-вывода. Процессоры обладают кэш-памятью обь емом 16 Кбайт. Эта специализированная ВС позволяет строить трехмерные изоб ражения со скоростью до 600 тыс. векторов/с.
Рассмотрим некоторые особенности машин баз данных (МБД) представляющих собой аппаратные средства, предназначенные для ускорения работы ВС с БД. В них реализованы архитектурные и структурные принципы параллельной обработки информации. Та кие системы должны сохранять данные во внешней памяти в течение длительного времени, поэтому помимо средств ускорения доступа к этим данным должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие нормальную работу ВС при сбоях или отказах дисковых накопителей (см.
гл. 12). Любое обращение к БД вЂ” это обращение к внешней памяти, требующее значительного времени. Поэтому вначале МБД представляли собой специализированные аппаратные средства, предназначенные для повышения производительности ВС при решении информационно-логических задач и уменьшения времени реакции системы при запросах к БД. Впоследствии на МБД стали возлагать и другие функции: управление запросами, распределение данных, выполнение реляционных отношений и т.п.
Машины баз данных принято характеризовать числом рабочих мест и затратами времени на обработку запросов к БД. Обычно МБД предназначаются для большого числа рабочих мест, а затраты времени в общем случае зависят от числа одновременно находящихся в системе запросов. Чаще всего МБД характеризуют временем реакции и пропускной способностью системы. Время реакции системы — это интервал между моментом завершения ввода запроса пользователя к БД и началом поступления ответного сообщения. Этот интервал в основном определяется длительностью поиска информации в БД и временем ее обработки.
Пропускная способность МБД определяется числом обработанных запросов за единицу времени. Оба этих показателя зависят от текущей нагрузки на ВС, т.е. ее увеличение приводит к повышению пропускной способности, но и к ухудшению реакции системы. В заключение рассмотрим возможную структуру МБД и приведем ряд примеров. На рис. 9.15 показана обобщенная структурная схема МБД. Запросы от пользователей поступают в блок трансляции запросов (БТЗ), где формируются последовательности внутренних команд МБД. Эти последовательности передаются на исполнение в ПЭ, ориентированные на выполнение реляционных операций. Команды, связанные с поиском информации на дис- 252 ках, передаются в контроллер ввода-вывода (КВВ), где и происходит ее поиск. Найденная ин- 3 формация Д передается через ОП в процессорные элементы для реализации запрошенных операций. Для ускорения операций по ассоциативному поиску данных во внешней памяти и сокращения объемов передаваемой информации между ПЭ и накопителями на дисках служат фильтр- пРоцессоРы.
Они обладают опе- Рис. 9.!5. Структурная схема МБД ративной памятью значительного объема, где может разместиться информация из нескольких секторов. После завершения первого цикла фильтрации информация может быть вновь записана на диск для продолжения многокритериального поиска. В дальнейшем создавались многопроцессорные МБД, в которых огромные БД хранились на нескольких автономных дисковых накопителях. Нужно, однако, помнить, что характеристики таких МБД будут зависеть от распределения информации по накопителям. Для ускорения и повышения надежности таких машин хранящуюся на дисках информацию дублируют. К таким МБД относятся 13ВС/1012 фирмы Тегабага, 1РЯС/П фирмы 1п1е! и др.
Большинство современных МБД обладают рядом общих черт, несмотря на различие их структуры. Они поддерживают реляционную модель данных, подключаются к ведущему компьютеру в качестве ведомой машины и позволяют не только уменьшить время реакции на запрос к БД, но и повысить пропускную способность системы. Однако такие М БД целесообразны только при очень больших БД; кроме того, время реакции системы зависит от типа запроса и распределения данных по дисковым накопителям. Контрольные вопросы ! . Как принято характеризовать современные мультипроцессорные ВС? Что представляет собой классификация Флинна? 2. Что такое система с конвейерной обработкой? Какие ВС выделяют в класс конвейерных? 3.
Что представляет собой структура ВС 51М0-типа? Каким образом в ВС этого типа производится загрузка данных для обработки в процессорах? 4. Как выглядит структура ВС М1МР-типа? Каким образом происходит обмен информацией между отдельными процессорами? 253 5. Что представляют собой ВС, реализующие симметричный прин цип обработки? б. Какие аппаратные средства используются для организации симмет ричной обработки? 7.
Что такое асимметричная ВС? Имеет ли такая система какие-либо преимущества перед симметричной? 8. Что представляет собой ВС со сверхдлинным командным словом? Как производится обработка информации в такой системе? 9. Какими преимуществами обладает конвейерная система и как оиа работает? 1О. Какое максимальное ускорение обработки можно достичь, исполь зуя конвейерный принцип обработки? Чем ограничивается число ступе ней в конвейере? 11. При каких условиях производительность конвейерной ВС будет максимальной? Чем она определяется? 12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
