Опишите архитектуру универсальной параллельной системы с фиксированной архитектурой на основе специализированных микропроцессоров.

В качестве яркого представителя этого класса систем можно указать систему GRAPE-6 , предназначенную для решения задачи взаимодействия N тел.

Существующая конфигурация GRAPE-6 включает 2048 специализированных конвейерных микро-процессоров, каждый из которых имеет 6 конвей-еров, -Теоретическая пиковая производительность GRAPE-6 — 63,4 трлн. оп./с. 

GRAPE-6 представляет собой кластер, образованный из 16 узлов, объединенных коммутатором Gigabit Ethernet. Каждый узел состоит из ПК на базе микропроцес-сора AMD Athlon XP-1800+, функционирующего под управле-нием ОС Linux, и 4 специализированных плат, объединенных между собой и платами соседних узлов специальными каналами.

На каждой плате устанавливается 32 специализи-рованных кристалла GRAPE-6.

171. Опишите архитектуру универсальной параллельной системы с программируемой архитектурой на основе аппаратной реализацией вычислительных функций.Такие вычислительные системы строятся из программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), содержащих одну или несколько матриц вентилей и позволяющих программно скомпоновать из этих вентилей в одном корпусе электронную схему, эквивалентную схеме, включающей от нескольких десятков до тысяч интегральных схем стандартной логики [9]. Основная идея архитектуры подобных вычислительных систем состоит в том, чтобы программно настроить схему, реализующую требуемое преобразование данных. В [10] приведено сравнение реализации фильтра на Alpha 21164 и Xilinx XC4085XL–09. Таким образом, при реализации фильтра на ПЛИС достигается производительность, в 12 раз большая, чем на микропроцессоре Alpha 21164. Естественно, поскольку ПЛИС создавались для построения электронной аппаратуры, то изготовители обеспечили, в первую очередь, системы подготовки настроечной информации на высокоуровневых языках электронного проектирования, таких, как Verilog и VHDL [11]. Однако эти языки непривычны для разработчиков алгоритмов. Сегодня в качестве языков программирования ПЛИС используются языки описания потоковых вычислений.

172. Опишите архитектуру специализированной параллельной системы с программируемой структурой и аппаратно- программной реализацией вычислительных функций.Обладая способностью реализовать любую схему, ПЛИС имеют, по сравнению с жесткой логикой, большую площадь в пересчете на используемый вентиль. Комбинацией, сохраняющей программируемость при уменьшении, по сравнению с ПЛИС, затрат оборудования, служит создание однородных вычислительных сред из одного типа ячеек с учетом проблемной ориентации некоторой специфичной ячейки при ее реализации на жесткой логике и программируемости связей между множеством таких ячеек. Была показана возможность снятия ограничения на рост тактовой частоты в однородных средах за счет коротких связей между соседними ячейками среды и реализации взаимодействия между удаленными ячейками по принципу близкодействия через цепочку ячеек, расположенных между ними.

Опишите принципы построения системы с клеточной архитектурой.

ЛЕКЦИЯ 15(слайд 55 процессоры на основе биологических принципов).

В настоящее время в поисках реальной альтернативы полупроводниковым технологиям создания новых вычислительных систем ученые обращают все большее внимание на биотехнологии, или биокомпьютинг, который представляет собой гибрид информационных, молекулярных технологий, также биохимии.

Биокомпьютинг позволяет решать сложные вычислительные задачи, пользуясь методами, принятыми в биохимии и молекулярной биологии, организуя вычисления при помощи живых тканей, клеток, вирусов и биомолекул. Наибольшее распространение получил подход, где в качестве основного элемента (процессора) используются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты. Центральное место в этом подходе занимает так называемый ДНК - процессор. Кроме ДНК в качестве биопроцессора могут быть использованы также белковые молекулы и биологические мембраны.

Опишите принципы построения ДНК-систем.

ДНК процессор характеризуется структурой и набором команд.     В нашем случае структура процессора - это структура молекулы ДНК. А набор команд - это перечень биохимических операций с молекулами.

Принцип устройства компьютерной ДНК-памяти основан на последовательном соединении четырех нуклеотидов (основных кирпичиков ДНК-цепи). Три нуклеотида, соединяясь в любой последовательности, образуют элементарную ячейку памяти - кодон, которые затем формируют цепь ДНК.

Основная трудность в разработке ДНК-компьютеров связана с проведением избирательных однокодонных реакций (взаимодействий) внутри цепи ДНК. Однако прогресс есть уже и в этом направлении. Уже есть экспериментальное оборудование, позволяющее работать с одним из 1020 кодонов или молекул ДНК.

Другой проблемой является самосборка ДНК, приводящая к потере информации.

Опишите принципы построения многопоточной параллельной архитектуры.

Многопотоковая архитектура использует совокупность регистровых файлов в процессоре. Переключение процессора на другой регистровый файл выполняется либо по наступлению некоторого события, вызывающего приостановку процессора (промах в кэш-память, обращение к оперативной памяти, наступление прерывания), либо принудительно.