新型计算机结构课件.pptVIP

?第1章计算机系统的设计基础?第2章数据表示与指令系统?第3章输入输出系统?第4章存贮系统?第5章流水技术和向量处理?第6章并行处理技术?第7章新型计算机结构6/15/20241

本章学习要求?了解几种非传统计算机结构的概念和工作原理?掌握数据流计算机的工作原理和结构特点?了解人工智能计算机的研制情况6/15/20242

第7章新型计算机结构脉动阵列计算机数据流计算机归约机人工智能计算机6/15/20243

7.1脉动阵列计算机?脉动阵列结构是由一组相同的处理单元PE构成的阵列机。每个PE可完成少数基本的算术逻辑运算操作?工作原理：阵列内所有处理单元的数据锁存器都受同一个时钟控制，运算时数据在阵列结构的各个处理单元间沿各自的方向同步向前推进，就像血液受心脏有节奏地搏动在各条血管中同步向前流动一样6/15/20244

?脉动阵列机主要适用要求计算量很大的信号／图像的处理，以及某些特定计算类算法题目的求解，特别是需要对大量数据执行重复计算的运算受限类问题的求解。根据具体计算的问题不同，脉动阵列可以有一维线形、二维矩形／六边形/二叉树形三角形等阵列互连构形。6/15/20245

脉动式二维阵列流水机MMMMMMMMMMMMMMMMMMa’dMbMab’ca’=a,b’=bd=a×b+c6/15/20246

现有矩阵A、B如下，要在二维脉动阵列机上求两矩阵的乘积C其中在图中给出了在t、t、t时刻送入数据，到t时，从1≤i≤3,1≤j≤31方向上将同时输出23645Ο时输出的值，t7的值，t时输出的值。8可以看出，总共只需用8拍就可以完成两个3?3矩阵相乘，比单处理机上循环执行所需的27拍，速度提高了两倍多。6/15/20247

ctc12c11136tcc22723t8c33c21tt2t100c3b32MMM33c31bb0MMMMMMM2332t6tbb7b311322MMt8000b12b21MMMMMMa’d00b11MbMab’000aa12a210a13a22a3100t10t2atc110a23a326/15/202480333

脉动阵列计算机具有如下特点：（1）结构简单、规整，模块化强，可扩充性好。非常适合于超大规模集成电路的实现。（2）PE间数据通信距离短、规则，使数据流和控制流的设计、同步控制简单规整。（3）具有极高的计算并行性，可通过流水获得很高的运算效率和吞吐率。（4）脉动阵列结构的构形与特定的计算任务和算法密切相关，限制了其应用范围。脉动阵列机的发展目标：研制通用型脉动阵列机。6/15/20249

7.2数据流计算机?数据流计算机的基本工作原理?数据流程序图和数据流语言?数据流计算机的基本结构?数据流计算机存在的主要问题6/15/202410

数据流计算机的基本工作原理?数据驱动的数据流方式：只要一条或一组指令所要求的操作数全部准备就绪，就可立即激发相应的指令或指令组执行。特点：①指令的执行基本上是无序的，完全受数据流的驱动；②没有程序计数器PC，取而代之的是“数据令牌”。“数据令牌”是一种表示某一操作数或参数已准备就绪的标志。6/15/202411

7.2.2数据流程序图和数据流语言?数据流程序图：是一种用来表示指令级的数据流程序的有向图(directedgraph)，它由多个结点(node)和一些连接它们的弧所组成。它说明了指令之间执行顺序的约束条件。?数据流程序图中的结点除表示一般的算术逻辑操作外，还可表示常数产生、复制操作、判定操作和控制操作等。6/15/202412

数据流程序图中常用的结点（1）算逻运算结点：算术运算结点：加、减、乘、除、加l、减1等布尔运算结点：与、或、异或、非等++1∧N“加”“加1”“与”“非”6/15/202413

（2）常数结点：常数结点的功能是用来产生一个常数。常数产生结点没有输入端，只有一条输出线。n22激发后o??2……数据令牌数据复制控制复制一般表示（3）复制结点：数据复制结点：图中圆点和箭头用实心表示。控制量（布尔量）复制结点：图中的圆点和箭头用空心表示。6/15/202414

（4）控制操作结点：?a?a激发后激发后??TT?aFT?aTFT门控结点F门控结点T门控：仅当布尔控制端为真、且输入端有数据令牌时才能激发，然后在输出端产生数据令牌而输入端的数据令牌消失。F门控：仅当布尔控制端为假、且输入端有数据令牌时才能激发，然后在输出端产生数据令牌而输入端的数据令牌消失。6/15/202415

?a激发后激发后激发后激发后SWTFSWTF?T?a开关门控结点?aSWTFSWTF?Fa??aTFMGTFMG?T归并门控结点?aa?TFMGTFMG?F?