Siêu máy tính là một máy tính rất mạnh bao gồm kiến trúc, tài nguyên & thành phần mang lại sức mạnh tính toán khổng lồ cho người tiêu dùng. Một siêu máy tính cũng chứa một số lượng lớn bộ vi xử lý thực hiện hàng triệu hoặc hàng tỷ phép tính mỗi giây. Vì vậy, những máy tính này có thể thực hiện nhiều tác vụ trong vài giây. Có ba loại siêu máy tính được kết nối chặt chẽ với các cụm máy tính hoạt động cùng nhau như một đơn vị duy nhất. Máy tính hàng hóa có thể kết nối với mạng LAN có độ trễ thấp và băng thông cao và cuối cùng là máy tính xử lý véc tơ phụ thuộc vào bộ xử lý mảng hoặc véc tơ. Bộ xử lý mảng giống như một CPU giúp thực hiện các phép toán trên các phần tử dữ liệu khác nhau. Bộ xử lý mảng nổi tiếng nhất là máy tính ILLIAC IV được thiết kế bởi Burroughs Corporation. Bài viết này thảo luận về một cái nhìn tổng quan về một bộ xử lý mảng – làm việc, loại & ứng dụng.
Bộ xử lý mảng là gì?
Bộ xử lý được sử dụng để thực hiện các tính toán khác nhau trên một mảng dữ liệu khổng lồ được gọi là bộ xử lý mảng. Các thuật ngữ khác được sử dụng cho bộ xử lý này là bộ xử lý vector hoặc bộ đa xử lý. Bộ xử lý này chỉ thực hiện một lệnh duy nhất tại một thời điểm trên một mảng dữ liệu. Các bộ xử lý này hoạt động với các tập dữ liệu khổng lồ để thực hiện các tính toán. Vì vậy, chúng chủ yếu được sử dụng để nâng cao hiệu suất của máy tính.
Kiến trúc bộ xử lý mảng
Bộ xử lý mảng bao gồm một số ALU (Đơn vị logic số học) cho phép tất cả các phần tử mảng được xử lý cùng nhau. Mỗi ALU trong bộ xử lý được cung cấp bộ nhớ cục bộ được gọi là Phần tử xử lý hoặc PE. Kiến trúc của bộ xử lý này được hiển thị bên dưới. Bằng cách sử dụng bộ xử lý này, một lệnh duy nhất được đưa ra thông qua một đơn vị điều khiển và lệnh đó chỉ đơn giản được áp dụng cho một số bộ dữ liệu đồng thời. Bằng cách sử dụng một lệnh duy nhất, một thao tác tương tự được thực hiện trên một mảng dữ liệu khiến nó phù hợp với tính toán véc-tơ.
Kiến trúc xử lý mảng được gọi là mảng 2 chiều hoặc ma trận. Kiến trúc này được thực hiện bởi bộ xử lý hai chiều. Trong bộ xử lý này, CPU đưa ra một lệnh duy nhất và sau đó, nó được áp dụng cho lệnh không. của dữ liệu đồng thời. Kiến trúc này chủ yếu phụ thuộc vào thực tế là tất cả các bộ dữ liệu đều hoạt động theo các lệnh giống nhau, tuy nhiên, nếu các bộ dữ liệu này phụ thuộc lẫn nhau thì không thể áp dụng xử lý song song. Do đó, các bộ xử lý này đóng góp hiệu quả và nâng cao tốc độ xử lý so với toàn bộ hướng dẫn.
Hoạt động của bộ xử lý mảng
Bộ xử lý mảng có kiến trúc được thiết kế chủ yếu để xử lý các mảng số. Kiến trúc bộ xử lý này chứa một số bộ xử lý hoạt động đồng thời, mỗi bộ xử lý một phần tử mảng, do đó một thao tác đơn lẻ được áp dụng song song cho tất cả các phần tử mảng. Để có được hiệu quả tương tự trong một bộ xử lý thông thường, thao tác này phải được áp dụng cho mọi phần tử mảng một cách tuần tự và chậm hơn nhiều.
Bộ xử lý này là một thiết bị độc lập được kết nối với máy tính chính thông qua một bus bên trong hoặc một cổng I/O. Bộ xử lý này tăng tốc độ tổng thể của xử lý hướng dẫn. Các bộ xử lý này hoạt động không đồng bộ từ CPU chủ để cải thiện dung lượng hệ thống tổng thể. Bộ xử lý này là một công cụ rất mạnh xử lý các sự cố với mức độ song song cao.
Các loại bộ xử lý mảng
Có hai loại bộ xử lý mảng như; được đính kèm và SIMD sẽ được thảo luận bên dưới.
Bộ xử lý mảng kèm theo
Bộ xử lý phụ trợ như bộ xử lý mảng kèm theo được hiển thị bên dưới. Bộ xử lý này được kết nối đơn giản với máy tính để nâng cao hiệu suất của máy trong các tác vụ tính toán số. Bộ xử lý này được kết nối với Máy tính mục đích chung thông qua giao diện I/O và giao diện bộ nhớ cục bộ nơi cả bộ nhớ như bộ nhớ chính và bộ nhớ cục bộ được kết nối. Bộ xử lý này đạt được hiệu suất cao thông qua xử lý song song bởi nhiều đơn vị chức năng.
Bộ xử lý mảng SIMD
Bộ xử lý SIMD ('Một lệnh và Nhiều luồng dữ liệu') là một máy tính có một số đơn vị xử lý hoạt động song song. Các đơn vị xử lý này thực hiện cùng một thao tác đồng bộ hóa dưới sự giám sát của đơn vị điều khiển chung (CCU). Bộ xử lý SIMD bao gồm một tập hợp các PE giống hệt nhau (các phần tử xử lý) trong đó mỗi PES có một bộ nhớ cục bộ.
Bộ xử lý này bao gồm một bộ điều khiển chính và bộ nhớ chính. Bộ điều khiển chính trong bộ xử lý điều khiển hoạt động của các phần tử xử lý. Ngoài ra, giải mã lệnh & xác định cách lệnh được thực thi. Vì vậy, nếu lệnh là điều khiển chương trình hoặc vô hướng thì nó được thực hiện trực tiếp trong thiết bị điều khiển chính. Bộ nhớ chính được sử dụng chủ yếu để lưu trữ chương trình trong khi mọi đơn vị xử lý sử dụng các toán hạng được lưu trữ trong bộ nhớ cục bộ của nó.
Thuận lợi
Ưu điểm của bộ xử lý mảng bao gồm những điều sau đây.
- Bộ xử lý mảng cải thiện toàn bộ tốc độ xử lý lệnh.
- Các bộ xử lý này chạy không đồng bộ từ CPU chủ nên năng lực tổng thể của hệ thống được cải thiện.
Các bộ xử lý này bao gồm bộ nhớ cục bộ của riêng chúng để cung cấp thêm bộ nhớ cho hệ thống. Vì vậy, đây là một cân nhắc quan trọng đối với các hệ thống thông qua một không gian địa chỉ hoặc bộ nhớ vật lý hạn chế. - Những bộ xử lý này chỉ đơn giản là thực hiện tính toán trên một mảng dữ liệu khổng lồ.
- Đây là những công cụ cực kỳ mạnh mẽ giúp xử lý các sự cố với mức độ song song cao.
- Bộ xử lý này bao gồm một số ALU cho phép tất cả các phần tử mảng được xử lý đồng thời.
- Nói chung, các thiết bị I/O của hệ thống mảng bộ xử lý này rất hiệu quả trong việc cung cấp trực tiếp dữ liệu cần thiết cho bộ nhớ.
- Ưu điểm chính của việc sử dụng bộ xử lý này với một loạt các cảm biến là chiếm ít diện tích hơn.
Các ứng dụng
Các ứng dụng của bộ xử lý mảng bao gồm những điều sau đây.
- Bộ xử lý này được sử dụng trong các ứng dụng y tế và thiên văn học.
- Những điều này rất hữu ích trong việc cải thiện giọng nói.
- Chúng được sử dụng trong sonar và ra-đa các hệ thống.
- Chúng được áp dụng trong chống nhiễu, thăm dò địa chấn & giao tiếp không dây .
- Bộ xử lý này được kết nối với một máy tính đa năng để cải thiện hiệu suất của máy tính trong các tác vụ tính toán số học. Vì vậy, nó đạt được hiệu suất cao thông qua xử lý song song bởi một số đơn vị chức năng.
Do đó, đây là tổng quan về bộ xử lý mảng có kiến trúc cụ thể để xử lý các mảng số. Cái này bộ vi xử lý được thiết kế như một đơn vị độc lập và nó được kết nối với máy tính thông qua một bus bên trong hoặc cổng I/O. Máy tính ILLIAC IV là bộ xử lý mảng SIMD nổi tiếng nhất được thiết kế bởi Tập đoàn Burroughs . Cả bộ xử lý mảng và bộ xử lý véc tơ đều giống nhau với một chút khác biệt. Sự khác biệt giữa hai bộ xử lý này là; bộ xử lý vectơ sử dụng một số đường ống vectơ nhưng bộ xử lý mảng sử dụng không. của các yếu tố xử lý để làm việc song song. Đây là một câu hỏi cho bạn, một là gì bộ vi xử lý ?
