Способ организации параллельно-конвейерных вычислений в однородной вычислительной среде с коммутационно-потоковым управлением

Авторы патента:

G06F7/57 - Способы и устройства для обработки данных с воздействием на порядок их расположения или на содержание обрабатываемых данных (логические схемы H03K 19/00)

G06F15/16 - сочетание двух или более вычислительных машин, каждая из которых снабжена по меньшей мере арифметическим устройством, программным устройством и регистром, например для одновременной обработки нескольких программ (схемы интерфейсов для специализированных устройств ввода-вывода G06F 3/00; мультипрограммное оборудование G06F 9/46; передача цифровых данных вообще H04L, например, в компьютерных сетях H04L 12/00; выборка данных H04Q)

Владельцы патента RU 2558613:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения быстродействующих многооперандных параллельно-конвейерных сумматоров для обработки массивов целых положительных чисел. Техническим результатом является повышение быстродействия. Ячейки каждой подобласти однородной вычислительной среды настраивают на выполнение уникальной операции, где m - общее количество операций. Исходные операнды подают на информационный вход однородной вычислительной среды и параллельно на вход каждой вычислительной подобласти, где происходит параллельно-конвейерное выполнение операции. Результаты выполнения операции в каждой подобласти параллельно поступают на информационные входы m-входового мультиплексора. Далее происходит коммутация одного плеча мультиплексора с его выходом, причем выбор коммутируемого плеча однозначно задается кодом исполняемой операции, являющейся командой управления m-входового мультиплексора, таким образом, искомый результат операции доступен на выходе мультиплексора. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения быстродействующих параллельно-конвейерных устройств, выполняющих арифметико-логические операции над массивами чисел.

Однородной вычислительной средой называется регулярная структура, состоящая из соединенных друг с другом одинаковых ячеек, выполняющая арифметическую или логическую функцию.

Известно несколько способов управления вычислениями в арифметико-логическом устройстве на базе однородной вычислительной среды.

Один из таких способов (описанный более подробно в книге Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1981, 357 с.) заключается в том, что исходные данные, пройдя через сортировщик данных, поступают на обработку в ОВС, специализирующуюся на выполнении соответствующей операции. Недостаток данного типа АЛУ заключается в том, что исходные данные поступают на обработку в соответствующую ОВС только после прихода в сортировщик команды, соответствующей текущим данным, что снижает быстродействие устройства.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ (описанный более подробно в книге Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1981, 357 с.), отличающийся от первого тем, что благодаря реконфигурации топологии единое пространство ОВС перестраивается для выполнения текущей операции. Вследствие этого отсутствует необходимость в сортировщике, что сокращает аппаратурные затраты, но значительно снижает быстродействие устройства.

Техническим результатом от использования способа организации параллельно-конвейерных вычислений в однородной вычислительной среде с коммутационно-потоковым управлением является повышение быстродействия АЛУ за счет параллельного выполнения операций в ОВС без необходимости ее реконфигурации или сортировки исходного потока данных.

Описание технического решения: ОВС, состоящая из многофункциональных ячеек, способных настраиваться на выполнение определенной операции, шина исходного операнда а, шина исходного операнда b, шина результата m-входового мультиплексора, где m - общее количество операций, на выполнение которых может быть настроена однородная вычислительная среда.

Описание способа организации параллельно-конвейерных вычислений в однородной вычислительной среде с коммутационно-потоковым управлением

Способ заключается в том, что в арифметико-логическом устройстве перед началом выполнения операций однородная вычислительная среда разделяется на m независимых подобластей путем настройки ячеек каждой выделенной подобласти на выполнение уникальной операции, где m - общее количество операций, на выполнение которых может быть настроена однородная вычислительная среда.

Затем при выполнении операции исходные операнды, поступающие на информационные входы однородной вычислительной среды, параллельно подаются на соответствующие входы каждой выделенной подобласти, где происходит параллельно-конвейерное выполнение соответствующей операции в назначенной подобласти. После выполнения в m-подобластях ОВС соответствующих им операций их результаты параллельно передаются с информационных выходов m-подобластей на соответствующие им информационные входы m-входового мультиплексора, в котором далее выполняется коммутация информационного входа плеча коммутатора с его информационным выходом в соответствии с кодом исполняемой операции, который поступает на управляющие входы m-входового мультиплексора.

Таким образом, искомый результат операции доступен на информационном выходе мультиплексора.

Пример: имеется устройство для конвейерных арифметических вычислений по заданному модулю на базе ОВС ("Ячейка однородной вычислительной среды, однородная вычислительная среда и устройство для конвейерных арифметических вычислений по заданному модулю". Патент на изобретение №2477513 от 10.03.2013 г., заявка №2011149264, приоритет от 02.12.2011) и необходимо вычислить результат умножения пары операндов.

Перед началом выполнения операций однородная вычислительная среда разделяется на 4 независимых подобласти (4 специализированных вычислительных ядра) путем настройки каждой подобласти на выполнение уникальной двухоперандной операции: операции сложения, операции вычитания, операции умножения и операции деления, то есть в данном случае m=4. При выполнении заданной операции пара исходных операндов одновременно подается на информационные входы всех четырех подобластей ОВС, в которых одновременно во времени реализуется выполнение соответствующей им операции, то есть операции сложения, операции вычитания, операции умножения и операции деления.

После параллельного выполнения перечисленных операций в каждой подобласти параллельно и одновременно формируется результат выполнения четырех операций: сложения, вычитания, умножения и деления. Так в решении "Ячейка однородной вычислительной среды однородная вычислительная среда и устройство для конвейерных арифметических вычислений по заданному модулю" (Патент на изобретение №2477513 от 10.03.2013 г., заявка №2011149264, приоритет от 02.12.2011) перечисленные операции выполняются с одинаковой скоростью.

Полученные результаты вычислений одновременно поступают с информационных вычислительных подобластей на четыре соответствующих информационных входа четырехвходового мультиплексора: на первый информационный вход мультиплексора поступает результат выполнения операции сложения, на второй - результат выполнения операции вычитания, на третий - результат выполнения операции умножения, на четвертый - результат выполнения операции деления. В зависимости от значения кода операции, поступающего на управляющие входы мультиплексора, на информационный выход мультиплексора подключается соответствующий информационный вход, на котором содержится результат выполнения заданной операции. Таким образом, искомый результат доступен на информационном выходе мультиплексора.

Примером построения устройства на базе описанного способа может служить его реализация в виде сверхбольшой интегральной схемы (СБИС) или программирование на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).

На фиг. 1 представлен вариант структурной схемы устройства, реализующего способ организации параллельно-конвейерных вычислений в однородной вычислительной среде с коммутационно-потоковым управлением, где 1-4 подобласти ОВС; 5 - m-входовой мультиплексор; a, b - шины данных исходных операндов а и b соответственно; s - шина результата, I - шина подачи кода операции на управляющие входы m-входового мультиплексора.

Способ организации параллельно-конвейерных вычислений в однородной вычислительной среде с коммутационно-потоковым управлением, заключающийся в том, что:
перед началом выполнения операций однородная вычислительная среда разделяется на m независимых вычислительных подобластей путем настройки ячеек каждой подобласти на выполнение уникальной операции, где m - общее количество операций, на выполнение которых может быть настроена однородная вычислительная среда,
затем при выполнении операции исходные операнды поступают на информационный вход однородной вычислительной среды и параллельно подаются на вход каждой вычислительной подобласти, где происходит параллельно-конвейерное выполнение операции, соответствующей данной подобласти,
после выполнения операции в каждой подобласти результаты выполнения операции параллельно поступают с информационных выходов вычислительных подобластей на информационные входы m-входового мультиплексора, и далее происходит коммутация одного плеча мультиплексора с его выходом, причем выбор коммутируемого плеча однозначно задается кодом исполняемой операции, являющейся командой управления m-входового мультиплексора,
на каждом следующем шаге вычислений на управляющие входы m-входового мультиплексора для выполнения коммутации его информационного входа на информационный выход подается код следующей операции, в итоге результат выполнения следующей операции доступен на информационном выходе мультиплексора.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения надежных, портативных, многоразрядных, быстродействующих сумматоров, построенных по схеме «Манчестерская цепь переноса» (Manchester Carry Chain).

Способы выполнения элементарных вычислительных операций (эво) и устройство их осуществления // 2553221

Группа изобретений относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использована для выполнения вычислительных операций. Техническим результатом является повышение быстродействия.

Логический преобразователь // 2549158

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов. Техническим результатом является уменьшение аппаратурных затрат.

Логический преобразователь // 2549151

Оценивание поверхностных данных // 2549127

Изобретение относится к средствам оценки данных поверхности земли. Технический результат заключается в повышении точности модели географической области.

Многовходовой сумматор // 2547625

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для суммирования двоичных чисел и может быть использовано в системах передачи и обработки информации для цифровой обработки сигналов, при решении комбинаторных задач.

Программируемое логическое устройство // 2547229

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для вычисления логических функций в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).

Система и способ для агрегирования и ассоциативного связывания данных профессиональной принадлежности с содержанием коммерческих данных // 2546317

Изобретение относится к области объединения источников информации, касающихся индивидуумов и коммерческих организаций, к которым индивидуумы принадлежат или принадлежали.

Логический модуль // 2546316

Изобретение предназначено для реализации логических функций и может быть использовано в системах цифровой вычислительной техники как средство обработки двоичных кодов.

Способ транслитерационного преобразования информации и передачи ее по каналам связи // 2546238

Изобретение относится к передаче информации по каналам связи. Техническим результатом является повышение надежности передачи структурированных сообщений, достигаемое за счет проверки правильности передачи структурированных блоков.

Способ и устройство выбора предпочтительного средства защиты информации // 2558238

Изобретение относится к компьютерной технике, а именно к цифровым вычислительным системам для определения качества сравниваемых сложных систем, средств, изделий и различных объектов, описываемых значительным числом разнородных единичных показателей.

Аппаратно-вычислительный комплекс с повышенными надежностью и безопасностью в среде облачных вычислений // 2557476

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении надежности комплекса и обеспечении быстрого ввода в эксплуатацию утраченных из-за неисправности оборудования ресурсов.

Сеть с топологией расширенного обобщенного гиперкуба // 2556458

Изобретение относится к области высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем. Техническим результатом является обеспечение надежных высокоэффективных сетей с большим числом процессорных узлов.

Интеллектуальные ярусы данных резервного копирования // 2555230

Изобретение относится к области распределения информации резервного копирования по местоположениям хранения в основанной на сети архитектуре резервного копирования.

Использование предварительной обработки на сервере для развертывания представлений электронных документов в компьютерной сети // 2555219

Изобретение относится к области компьютерных сетей, а именно к клиент-серверным компьютерным сетям. Технический результат заключается в увеличении производительности сети и снижении задержки в доставке электронных документов, запрошенных пользователями.

Синхронизация частей файла с использованием серверной модели хранения информации // 2554845

Изобретение относится к области синхронизации частей файла с помощью серверной модели хранения информации в клиент-серверной компьютерной сети. Техническим результатом является повышение защищенности данных при синхронизации.

Способ и устройство для безопасной передачи данных // 2554532

Изобретение относится к способу памяти данных для хранения компьютерного программного продукта и устройству для безопасной передачи данных. Технический результат заключается в повышении безопасности передачи данных.

Устройство и способ синхронизации контента электронной книги с видеоконтентом, и система для этого // 2550522

Изобретение относится к средствам синхронизации контента. Технический результат заключается в обеспечении синхронизации мультимедийного контента и контента электронной книги.

Обеспечение возможностей конфигурируемого технологического процесса // 2550520

Изобретение относится к области администрирования и анализа данных. Техническим результатом является повышение точности и надежности обработки информации заданного технологического процесса.

Система прогнозирования и оценки безопасности опасного производственного объекта с использованием комплексной модели обеспечения безопасности // 2549514

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления безопасностью опасного производственного объекта и может быть использовано на всех этапах жизненного цикла объекта, а именно при проектировании, строительстве, эксплуатации и ликвидации опасного производственного объекта.

Создание и распространение аннотированной информации // 2562437

Изобретение относится к средствам создания и распространения аннотированной информации. Технический результат заключается в повышении точности нахождения информации. Информация может посылаться в службу реагирования, которая может возвращать аннотацию информации. Аннотация может прикрепляться к информации для создания аннотированного документа. Аннотированный документ может передаваться другим пользователям. Дополнительно аннотированный документ может храниться таким способом, который ассоциирует аннотированный документ с пользователем, который создал или захватил информацию. Функциональная возможность захватывать информацию, получать аннотации к информации и распространять аннотированную информацию может обеспечивать создание социальных мультимедийных данных, таких как сообщения социальной сети или онлайновые фотоальбомы. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.