Processore di array: architettura, tipi, funzionamento e sue applicazioni

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Un supercomputer è un computer molto potente che include architettura, risorse e componenti che offrono un'enorme potenza di calcolo al consumatore. Un supercomputer contiene anche un gran numero di processori che esegue milioni o miliardi di calcoli al secondo. Quindi questi computer possono eseguire numerose attività in pochi secondi. Esistono tre tipi di computer cluster strettamente connessi che lavorano insieme come una singola unità. I computer di base possono connettersi a LAN a bassa latenza e ad alta larghezza di banda e infine a computer di elaborazione vettoriale che dipendono da un processore di array o da vettori. Un processore di array è come una CPU che aiuta a eseguire operazioni matematiche su vari elementi di dati. Il processore array più famoso è il computer ILLIAC IV, progettato dalla Burroughs Corporation. Questo articolo discute una panoramica di un processore di matrice – funzionamento, tipi e applicazioni.


Che cos'è il processore di array?

Un processore che viene utilizzato per eseguire calcoli diversi su una vasta gamma di dati è chiamato processore di array. Gli altri termini usati per questo processore sono processori vettoriali o multiprocessori. Questo processore esegue solo una singola istruzione alla volta su un array di dati. Questi processori lavorano con enormi set di dati per eseguire calcoli. Quindi, vengono utilizzati principalmente per migliorare le prestazioni dei computer.



Architettura del processore di array

Un processore di array include un numero di ALU (unità logiche aritmetiche) che consentono a tutti gli elementi dell'array di essere elaborati insieme. Ogni ALU nel processore è dotata di memoria locale nota come Processing Element o PE. L'architettura di questo processore è mostrata di seguito. Utilizzando questo processore, una singola istruzione viene emessa attraverso un'unità di controllo e quell'istruzione viene semplicemente applicata simultaneamente a un numero di set di dati. Utilizzando una singola istruzione, un'operazione simile viene eseguita su un array di dati che lo rende adatto ai calcoli vettoriali.

  Architettura del processore di array
Architettura del processore di array

L'architettura di elaborazione dell'array è nota come matrice o matrice bidimensionale. Questa architettura è implementata dal processore bidimensionale. In questo processore, la CPU emette una singola istruzione e successivamente viene applicata a un no. di dati contemporaneamente. Questa architettura dipende principalmente dal fatto che tutti i set di dati funzionano su istruzioni simili, tuttavia, se questi set di dati dipendono l'uno dall'altro, non è possibile applicare l'elaborazione parallela. Pertanto, questi processori contribuiscono in modo efficiente e migliorano la velocità di elaborazione rispetto a tutte le istruzioni.



Funzionamento del processore di array

Un processore di array ha un'architettura progettata principalmente per l'elaborazione di array di numeri. Questa architettura di processore contiene un numero di processori che lavorano simultaneamente, ognuno dei quali gestisce un elemento dell'array, in modo che una singola operazione venga applicata a tutti gli elementi dell'array in parallelo. Per ottenere lo stesso effetto all'interno di un processore convenzionale, l'operazione dovrebbe essere applicata a ogni elemento dell'array in sequenza e molto più lentamente.

Questo processore è un'unità autonoma collegata al computer principale tramite un bus interno o una porta I/O. Questo processore aumenta la velocità complessiva dell'elaborazione delle istruzioni. Questi processori operano in modo asincrono dalla CPU host per migliorare la capacità complessiva del sistema. Questo processore è uno strumento molto potente che gestisce i problemi con un alto livello di parallelismo.

  PCBWay

Tipi di processore di array

Esistono due tipi di processori di array come; allegato e SIMD che è discusso di seguito.

Processore array collegato

Il processore ausiliario come il processore di array collegato è mostrato di seguito. Questo processore è semplicemente collegato a un computer per migliorare le prestazioni di una macchina all'interno di attività computazionali numeriche. Questo processore è connesso al General Purpose Computer tramite un'interfaccia I/O e un'interfaccia di memoria locale in cui sono collegate sia le memorie come la principale che quella locale. Questo processore raggiunge prestazioni elevate grazie all'elaborazione parallela di più unità funzionali.

  Processore array collegato
Processore array collegato

Processore di matrice SIMD

I processori SIMD ('Single Instruction and Multiple Data Stream') sono computer con diverse unità di elaborazione che operano in parallelo. Queste unità di elaborazione eseguono la stessa operazione in sincronizzazione sotto la supervisione dell'unità di controllo comune (CCU). Il processore SIMD include un insieme di PE identici (elementi di elaborazione) in cui ogni PES ha una memoria locale.

  Processore di matrice SIMD
Processore di matrice SIMD

Questo processore include un'unità di controllo principale e una memoria principale. L'unità di controllo principale nel processore controlla il funzionamento degli elementi di elaborazione. Inoltre, decodifica l'istruzione e determina come viene eseguita l'istruzione. Quindi, se l'istruzione è di controllo del programma o scalare, viene eseguita direttamente nell'unità di controllo master. La memoria principale è utilizzata principalmente per memorizzare il programma mentre ogni unità di elaborazione utilizza operandi che sono memorizzati nella sua memoria locale.

Vantaggi

I vantaggi di un processore di array includono quanto segue.

  • I processori di array migliorano l'intera velocità di elaborazione delle istruzioni.
  • Questi processori vengono eseguiti in modo asincrono dalla CPU host, la capacità complessiva del sistema è migliorata.
    Questi processori includono la propria memoria locale che fornisce memoria aggiuntiva ai sistemi. Quindi questa è una considerazione importante per i sistemi attraverso uno spazio di indirizzi limitato o una memoria fisica.
  • Questi processori eseguono semplicemente calcoli su una vasta gamma di dati.
  • Questi sono strumenti estremamente potenti che aiutano a gestire i problemi con un'elevata quantità di parallelismo.
  • Questo processore include un numero di ALU che consente l'elaborazione simultanea di tutti gli elementi dell'array.
  • Generalmente, i dispositivi I/O di questo sistema processore-array sono molto efficienti nel fornire direttamente i dati richiesti alla memoria.
  • Il vantaggio principale dell'utilizzo di questo processore con una gamma di sensori è un ingombro ridotto.

Applicazioni

Il applicazioni dei processori array include il seguente.

  • Questo processore è utilizzato in applicazioni mediche e astronomiche.
  • Questi sono molto utili per migliorare il linguaggio.
  • Questi sono usati nel sonar e radar sistemi.
  • Questi sono applicabili in anti-jamming, esplorazione sismica e comunicazone wireless .
  • Questo processore è collegato a un computer generico per migliorare le prestazioni del computer all'interno di attività computazionali aritmetiche. Raggiunge quindi prestazioni elevate grazie all'elaborazione parallela di diverse unità funzionali.

Pertanto, questa è una panoramica di un processore di array che ha un'architettura specifica per gestire gli array numerici. Questo processore è progettato come unità indipendente ed è collegato a un computer tramite un bus interno o una porta I/O. Il computer ILLIAC IV è il più famoso processore di array SIMD progettato dalla Burroughs Corporation . Un processore array e un processore vettoriale sono entrambi uguali con una leggera differenza. La differenza tra questi due processori è; un processore vettoriale utilizza diverse pipeline vettoriali ma un processore di array utilizza un no. di elementi di elaborazione per lavorare in parallelo. Ecco una domanda per te, cos'è a processore ?