Введение к работе
Актуальность темы. Решение задач, связанных с многими областями деятельности человека,,например, такими как ядерная физика, метеорология, радиолокация, автоматизация проектирования, распознавание образов, моделирование сложных объектов требует постоянного повышения производительности ЭВМ. Наряду с ростом быстродействия элементной базы, увеличение производительности ЭВМ достигается за счет совмещения выполнения операций.
Известны два основных метода совмещения выполнения операций: параллелизм и конвейеризация. В большинстве современных ЭВМ независимо от преобладания в структуре параллелизма или конвейеризации на схемотехническом уровне, как правило, используется конвейеризация. Именно рассмотрению конвейерных структур на схемотехническом уровне в диссертации уделяется основное внимание. Одной из сложнейших и важнейших задач проектирования ЭВМ, включащих конвейерные структуры, является синтез временной диаграммы. Сложность этой задачи' объясняется тем, что в ЭВМ выполняется несколько операций одновременно и требуется обеспечить их скоорданированность -правильную последовательность .и отсутствие взаимных помех. Важность синтеза объясняется тем, что именно временная диаграмма определяет скорость обработки в ЭВМ.
Настоящая работа ставит своей целью разработку методов синтеза временных диаграмм в конвейерных структурах ЭВМ, обеспечиващих достижение максимального быстродействия.
В связи с поставленной целью автором выделены следующие основные задачи:
-
Создание моделей конвейерных структур с многофазной временной диаграммой.
-
Разработка методов синтеза многофазных временных диаграмм, обеспечивающих максимальную производительность конвейерных структур.
-
Исследование особенностей взаимодействия высокопроизводительного микропроцессора с памятью и создание модели их конвейерного взаимодействия.
-
Синтез временной диаграммы, обеспечивающей максимальную пропускную способность, взаимодействия высокопроизводительного микропроцессора с динамической
памятью.
Методы исследования. Теоретические исследования диссертационной работы основывались на использовании теории вероятностей и линейного программирования.
Основные научные результата:
-
Предложен алгебраический метод синтеза временной диаграммы в конвейерных структурах ЭВМ.
-
Разработана модель конвейерной структуры с многофазной временной диаграммой - многоступенчатый многофункциональный конвейер (МЖ). Для синтеза временной диаграммы ММК применен алгебраический метод.
-
Разработан метод оценки такта конвейерной структуры с моделью ММК на основе теории вероятностей.
-
Предложен метод синтеза многофазных временных диаграмм в' конвейерных структурах на' основе математического аппарата линейного программирования. Разработана методика использования предложенного метода.
-
Разработана модель конвейерного взаимодействия высокопроизводительного микропроцессора с динамической памятью для синтеза временных диаграмм методом линейного программирования.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
-
Методом на основе линейного программирования синтезированы временные диаграммы для различных схем конвейерного взаимодействия микропроцессора Intel 80860XR и динамической памяти. Синтезированные временные диаграммы использованы при проектировании и наладке транспьютерного модуля ВМ106 на базе микропроцессора Intel80860XR.
-
Для решения подзадач метода синтеза временных диаграмм на основе линейного программирования адаптирована программа для ПЭВМ, реализующая метод обратной матрицы.
Реализация результатов работы. Изготовлен и налажен образец супер-ЭВМ с архитектурой MIMD и наращиваемой мощностью, процессорным элементом которой является транспьютерный модуль ВМ106 (функциональный аналог ТТМ100 и ТТМ110 фирмы Transtech Parallel Systems - Великобритания) на базе микропроцессора Intel8Q860XR.
Внедрение. Методы синтеза временных диаграмм в конвейерных структурах внедрены в эксплуатацию в НИМ "КВАНТ" и
используются при проектировании высокопроизводительных ЭВМ, Модули ВМ106, внедрены в в/ч 71187 и Институте прикладной математики им.Келдыша РАН.
Аппробация работы. Основные результаты т,-..работы докладывались на III конференции Российской1 Транспьютерной Ассоциации, Домодедово, 1993 г.
Публикации Основные результаты изложены в 8 печатных работах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 134 страницы, содержит 31 рисунок и 7 таблиц.