Методы уменьшения шумов и повышения помехоустойчивости электронных устройств

| Категория реферата: Рефераты по радиоэлектронике
| Теги реферата: век реферат, презентация дипломной работы
| Добавил(а) на сайт: Kolomnikov.

П-П-П-П-П-П-П-П горизонтали и вертикали(в других структурах

П-П-П-П-П-П-П-П процессоры могут быть соединены в четверки по

П-П-П-П-П-П-П-П диагоналям или каждый процессор может быть

П-П-П-П-П-П-П-П соединен с 6ю соседними).Каждый процессор

П-П-П-П-П-П-П-П непосредственно связан с общей памятью(на

П-П-П-П-П-П-П-
П рисунке не показано),а также по изображенным

линиям связи с памятью 4х соседних.

б) П-П-П-П-П-П-П-П Матрица из 1Х8 процессоров,каждый из
Ввод->R-R-R-R-R-R-R-R->Вывод которых соединен с собственной

М М М М М М М М памятью М,а также(через регистры R)с

вводом и выводом(иначе это можно рассматривать как вид на приведенную выше структуру 8Х8 с одной стороны,показывающий,что каждый из процессоров(П) одномерной матрицы 1Х8 двумерной структуры размером 8Х8 соединяется с собственной памятью М и вводом-выводом через регистры).

Такие большие матричные системы возможны только благодаря тому,чтокаждый процессор выполнен настолько простым,насколько это возможно,и все они выполняют одну и ту же команду(т.е.необходим только один контроллер).При использовании СБИС-технологий будущего такие параллельные матричные системы будут становиться все более привлекательными из-за простоты и высокой повторяемости их модульной структуры.

Вариации более общих структур сетей.

Из-за ограниченных возможностей матриц,вызванных в основном соображениями стоимости(одноразрядные процессоры,единый контроллер и связи только с соседними процессорами) предпочтительно иметь дело с сетями(процессоров) других видов.Было разработано много типов сетей,включая кольцевые,n- кубические,решетчатые,звездные,"снежинка", чечевицеобразные,древовидные,х-древовидные,пирамидальные и множество структур,описываемых другими графами.В нашем случае граф-просто отображение набора подсистем, объединенных в единый мультипроцессор;инода узлами графа являются отдельные процессоры или память,а не полные ЭВМ.
Однако таких систем в действительности было построено очень мало и только
2 из них с числом процессоров больше 50:Cm и Genoa machine.Число вариантов построения практически бесконечно,поскольку они включают все мыслимые способы соединения все возрастающего по мере совершенствования и удешевления технологии числа процессорных элементов.
Среди наиболее привлекательных сетей выделяются те, структура которых отражает выполняемый алгоритм.Наиболее интересными примерами таких структур являются древовидные и матрицы изменяемой конфигурации из обычных
ЭВМ.
Деревья имеют хорошую структуру для большого числа задач,в которых информация сортируется,сравнивается или каким-либо образом уплотняется и реорганизуется,а также где она запоминается,извлекается или передается.Матрицы имеют хорошую структуру для локальной передачи информации.
Наилучшими считаются пирамидальные многопроцессорные системы,поскольку они очень эффективны не только при параллельной локальной обработке,но и при глобальных передачах и преобразованиях информации.

Архитектура проблемно-ориентированных систем для преобразования потоков данных.

В многопроцессорной сети наилучшим образом можно разместить проблемно- ориентированный алгоритм-операции организуются как на сборочном конвейере,а информация продвигается также как бы через конвейер.Это дает поток данных(типа транспортного) о двумерном изображении,и этот поток проходит по трехмерной структуре.
Большие двумерные образы прекрасно размещаются в больших матричных структурах,и большие матричные многопоцессорные системы способны очень эффективно производить последовательности операций по обработке поэтапно преобразуемого изображения.
Пирамидальные процессоры в дополнение к этому позволяют программисту свертывать и сжимать запоминаемую информацию о преобразованном изображении,когда необходимо сократить объем этих данных.Представляется также,что пирамидальные процессоры потенциально должны обеспечивать чрезвычайно высокую мощность при обработке потоков изображений в реальном масштабе времени благодаря конвейерной организации обработки таких двумерных изображений при сложной последовательности операций поэтапно нарастающей глобальности,выполняемых в различных слоях трехмерной пирамиды.

Соответствие матричных и пирамидальных процессоров технологии СБИС.

Процессоры,используемые в матричных и пирамидальных системах,обычно стремятся сохранить максимально простыми. Почти во всех вариантах систем использовались одноразрядные процессоры с числом вентилей от 100 до 800.
Причиной этого является то,что для достижения хотя бы четырехкратного увеличения скорости и вычислительной мощности обработки благодаря последовательному наращиванию параллельно работающих процессоров разработчики систем выбирали наиболее простые из возможных одноразрядные процессоры,обеспечивая выполнение К одноразрядных операций для обработки
К-разрядных чисел или строк.
По-видимому,объем памяти,необходимый каждому процессору, является функцией от общего объема памяти,необходимого для обработки изображений или других наборов данных,поступающих в систему.Поэтому каждый процессор нуждается в памяти относительно небольшого объема (реализованные системы снабжены памятью от 32 до 4096 бит на процессор).
Процессоры объединяются в высокорегулярную микромодульную систему,которая является одной из наиболее пригодных для реализации в виде СБИС при высокой плотности упаковки.
В настоящее время в одном кристалле СБИС выпускается по 4,8 и более таких одноразрядных процессоров.Впоследствии должно стать возможным производство в одном кристалле сотен и даже тысяч процессоров с собственной памятью для каждого.Это резко контрастирует с реализацией в СБИС обычных однопроцессорных систем,для которых(даже при возможности упаковки одного или нескольких процессоров на одном кристалле)останется необходимым наличие нескольких кристаллов для работы с несколькими миллионами байт быстродействующей памяти каждого из процессоров.
Многопроцессорные матричные и пирамидальные системы из 1024 и более процессоров можно будет построить на основе матрицы размером 16Х16,т.е. всего из 256 кристаллов,в каждом из которых содержится матрица размером
64Х64 из 4096
400-элементных процессоров с памятью объемом 512 бит.Такая матрица или пирамида,основанием которой была бы матрица, содержащая не более одной трети числа процессоров в основании,может быть реализована на достаточно небольшом числе кристаллов со степенью интеграции 10, упакованных на одной пластине.Высокорегулярная микромодульная матричная или пирамидальная структура наиболее привлекательна для изготовления отказоустойчивой СБИС с интеграцией на уровне пластины.

Модульные многопроцессорные информационно-измерительные системы.

В 60х г.г.развитие вычислительной техники привело к необходимости стандартизировать не только размеры модулей,но и каналы связи между ним.Это было сделано к 1969г.,когда опубликовали европейский стандарт EUR-
6100 на модульную систему КАМАК(CAMAC),разработанную ядерными электронщиками ведущих европейских институтов для оснащения сложных экспериментов,например,на ускорителях атомных частиц.Одно из прочтений слова CAMAC-Computer Applications for Measurements and Control-применение компьютеров для измерения и управления.
В электронной системе модулем является печатная плата с узкой передней панелью и плоским многоконтактным разъемом на противоположной стороне платы.Модули вставляют в каркас с направляющими,в которых скользит плата.Задняя стенка каркаса выполнена в виде платы с ответными частями разъемов,которые соединены печатными или навесными проводниками,образующими электрические магистрали для передачи кодированной информации.По специально назначенным проводникам в модули подается электрическое питание.
Все присоединительные размеры модулей и каркасов строго стандартизованы.Определены длительности и амплитуды электрических сигналов,а также напряжения питания модулей.Впервые в международной практике были стандартизованы не только размеры,но и логический протокол- правила передачи информации по линиям магистрали.
В дорогостоящей магистрали КАМАК линии были использованы весьма нерационально:24 линии для чтения,5-для передачи команд и только 4 линии были определены для передач всего-навсего 16ти адресов в модуле.Все линии начинались в крейт-контроллере-крайнем правом модуле,который служил для связи магистали каркаса-крейта с внешним мини-компьютером, работающим в ином логическом протоколе ("crate" по-английски означает плоский ящик с отделениями,например,ящик стекольщика).Налево в магистраль контроллер передавал для 24х модулей информацию,выработанную компьютером,а направо шла из модулей необработанная,но уже закодированная информация, отображающая величины,измеренные датчиками в эксперименте.Двунаправленность интерфейсного контроллера была отображена в эмблеме системы КАМАК в виде двуликого бога Януса.
Через 3-4 года после публикации стандарта десятки фирм в разных странах выпускали модули КАМАК более 300 типов как для экспериментов,так и для контроля и управления технологическими процессами на производствах.
Подобно железнодорожным системам,электрические модульные системы также долговременны.Если модули достаточно широко распространились и их количество превзошло некий критический уровень,то даже морально устаревшую аппаратуру оказывается выгодным эксплуатировать.Большой парк накопившихся разнообразных модулей позволяет в течение нескольких дней,а то и часов, скомпоновать систему с новыми характеристиками.Системе КАМАК уже более 25 лет,но она все еще используется как с ПЭВМ,так и с микропроцессорами, встроенными непосредственно в контроллер.

Микропроцессоры в модулях.

Создатели системы КАМАК в конце 60х г.г. сами начали применять только что появившиеся интегральные микросхемы, однако у них не хватило смелости предположить,что в 1972г. в электронике начнется революция-появится микропроцессор.
Неудобства магистрали КАМАК заставили электронщиков искать решения,позволяющие эффективно использовать качественно новую ИС.Введение микропроцессора в модули превращало их в микрокомпьютеры,а крейты-в многопроцессорные системы, которые нуждаются в емкой памяти с большим количеством адресов.16 адресов в модуле КАМАК оказались совершенно недостаточными,поэтому ведущие электронные фирмы Motorola и Intel к середине 70х г.г.создали модульные системы 3го поколения:Versabus и
Multibus,магистрали которых содержали 16,а затем и 20 адресных линий,что обеспечивало емкость системы около 1млн.адресов.
Потребовались и новые функции в логическом протоколе. Некоторые из процессорных модулей выполняли самые важные задачи в системе,а другие включались в работу реже, поэтому пришлось устанавливать приоритеты модулей на право занятия магистрали,а также разрешать конфликтные ситуации,когда 2 или больше модулей одновременно пытаются занять магистраль.
Для этого потребовались дополнительные линии.Чтобы ограничить общее количество линий,стали использовать одни и те же линии для передачи как адресов, так и данных:сначала передавали адрес(несколько битов которого являются адресом модуля),а затем линии переключали на регистр данных.Эти новшества заложили основы магистрально-модульных многопроцессорных информационно-измерительно-управляющих систем-МММИИУС.

Что было дальше.

Для завоевания мирового рынка Motorola быстро перевела свою систему на европейские конструктивы,назвав ее Versabus Module EuropeBus,сокращенно
VME,а Intel в европейских же конструктивах выпустил новую систему Multibus-
2,использовав новшества,реализованные в системе Fastbus,созданной ядерными электронщиками США к 1982г.Во всех трех системах слова адреса и данных увеличены до 32х разрядов,что обеспечило емкость общей памяти системы в 4 млрд.адресов.
VME первой вышла на международный рынок,а более совершенная система
Multibus-2 опоздала и не получила должного распространения,хотя эту аппаратуру начали выпускать более 100 фирм.Аппаратуру VME и ее улучшенные модификации выпускают более 300 фирм в разных странах,несмотря на архаичность базовой структуры системы.В России собирают модули VME,но на иностранных комплектующих и в небольших объемах.
В ПЭВМ также есть магистраль,обслуживающая процессор, платы памяти и устройства ввода-вывода информации.В компьютере PS/2 фирмы
IBM к магистрали "Microchannel" могут быть присоединены до восьми 16- разрядных процессорных модулей или до четырех 32-разрядных модулей.
Архитектура "Microchanne" специализирована на структуру микропроцессоров
Intel.
В стандарте Fastbus была определена локальная информационная сеть произвольной конфигурации,работающая в логическом протоколе,впервые едином для модулей, крейтов и сети.Скорость передачи информации через магистраль доведена до рекордного на те времена значения 80 Мбайт/сек.,для этого длительность фронтов импульсов пришлось уменьшить до 10 нс- в 10 раз короче,чем в системе КАМАК.
Развитие МАГИСТРАЛЬНО-модульных систем завершает разработка с громким названием Futurebus("магистраль будущего")по стандарту США 1991г.В этой системе сделано одно принципиальное добавление,учитывающее особенность многопроцессорных компьютеров.В таких системах каждый микропроцессор имеет в своем распоряжении вспомогательную кэш-память.Во время выполнения параллельных программ у одного из процессоров появляется промежуточный результат, необходимый другим процессорам для дальнейшей работы.Этот результат нужно быстро передать в кэш-памяти нуждающихся процессоров.Процедура таких передач как раз и предусмотрена в стандарте
Futurebus.

Отказ от магистрали-переход к РСИ.

Прогресс технологии микроэлектроники привел к тому,что в наше время размеры элементов в микросхемах
(транзисторов,резисторов,конденсаторов)удалось уменьшить до 0.6-0.8 мкм,а число элементов в одном кристалле увеличить до нескольких миллионов.Например,микропроцессор Pentium cодержит 3 млн. транзисторов,имеет соственную встроенную кэш-память и работает с частотой до 100 Мгц. Если несколько таких процессоров подсоединить к одной магистрали общего пользования,то их работа становится неэффективной:процессор, быстро подготовивший промежуточный результат,занимает магистраль для передачи данных другому процессору,а остальные процессоры вынуждены простаивать в течение относительно медленной передачи.Магистраль,бывшая в
70-80х г.г. верхом достижений,к концу 80х годов стала узким местом,нужно было искать новое решение.
Специалисты,создававшие Fastbus и Futurebus+,в 1988 г. объединились для создания системы,способной решить новые задачи.Была начата разработка стандарта,известного сейчас как ANSI/IEEE Std 1596-1992 Scalable Coherent
Interface-SCI,в русском переводе-Расширяемый Связный Интерфейс,РСИ.