3.4. Дискретная вычислительная техника

По целому ряду причин и, в первую очередь, благодаря своим воз­можностям именно дискретноепредставление информации определяет на сегодня лицо всей ВТ, основу которой составляют ЭВМ различных классов и типов. Поэтому все последующее изложение будет вестись относительно цифровых ЭВМ, которые с определенной степенью адек­ватности можно классифицировать как:

• специальные,

• микро-ЭВМ,

• пер­сональные компьютеры (ПК),

• мини-ЭВМ,

• ЭВМ общего назначения,

• супер-ЭВМ

• ЭВМ нетрадиционной архитектуры.

Рассмотрим некоторые из перечисленных видов ЭВМ.

3.4.1. Специальные эвм.

Процессорфункцио­нирует под управлением программы, находящейся в ОП или впосто­янном запоминающем устройстве(ПЗУ), и его архитектура определя­ется, во многом, классом машины и спецификой решаемых задач. Если сЭВМ ориентирована на решение узкогокласса задач по единой программе, но с различными данными, то программу можно поместить в ПЗУ, хранящее информацию даже при отключенном питании; ее в ряде случаев можно реализовать и аппаратно,т.е. "зашить" в элек­тронные схемы машины. В последнем случае повышаются надежность и быстродействие сЭВМ. Такой подход широко используется, напри­мер, во многих видахбортовойВТ, работающей в жестком режиме реального времени. Естественно, аппаратнойреализации предшес­твуют тщательныеотладкаиапробацияПО сЭВМ. В зависимости от класса сЭВМ обеспечиваются языками программирования различного уров­ня (отмикропрограммногодовысокого).Например,бортоваясистема вертолетаLHX(США) работает под управлением операционной сис­темы, написанной на языке высокого уровняADAи обеспечивающей мультипрограммный режим, параллельную работу процессорных мо­дулей, а также межпрограммный и межпроцессорный обмены управ­ляющей информацией и данными. Однако, не взирая на класс сЭВМ, они в основе своей обладают ограниченными аппаратными и вычислительными ресурсами.

Повышенные требования к производительности сЭВМ (в ряде слу­чаев не менее 100 млн оп/с) и специфика решаемых задач стимулировали использование неклассической не-неймановской архитектуры органи­зации вычислительного процесса. В первую очередь, это связано с рас­параллеливанием обработки; отдельные классы задач допускают высо­кую степень распараллеливания (обработка сигналов, распознавание образов, сортировка, векторно-матричные вычисления, моделирование и др.). Данный подход привел к созданию сЭВМ как автономного,так исателлитногопринципа использования. Впервомслучае сЭВМ нетра­диционной архитектуры (матричная, клеточная, систолическая и др.) используется самостоятельно (автономно)для решения предназначен­ных для нее задач. Вовтором —сЭВМ используется в качестве сопро­цессорамини-ЭВМ, ПК или ЭВМ другого класса. В качестве примера сателлитных сЭВМ ОС-архитектуры можно привести САМ-машины Тоффоли, ML-процессоры Легенди, однородные процессоры Фета, из которыхдве последниемогут использоваться и вавтономном режиме, например, в качестве встроенныхв системы приема/передачи данных блоков кодирования/декодирования. Процессоры на основевычислительнойОС-модели допускают высокий уровень распараллеливания вычислений и обработки, который присущ хоть и широким классам задач, но малочисленным. Поэтому при современной электронной технологии ВТ на основе ОС-вычислителей может но­сить только специальный характер. В настоящее время имеется достаточно много практических реализации специализированных кле­точныхпроцессоров на основе ОС-вычислителей, ориентированных, в первую очередь, на специальные вычисления, обработку изображений и распознавание образов. Однако при переходе на опто- или био­технологию ситуация может резко измениться в сторону универсализации вычислительных ОС-моделей. Уже сейчас разрабатываются оптические спецпроцессоры для вёкторно-матричных операций. Вторым направле­нием развития класса сЭВМ являются работы по созданию оптических спецпроцессоров для обработки изобразительной информации и сигналов. Третьимперспективным направлением разработки специальной ВТ нетрадиционной архитектуры можно считать мультипроцессорные, распределенные и иерархические системы и сети, образующие уже ком­плексы и системы сЭВМ.

Наряду с нетрадиционной происходит дальнейшее развитие сЭВМ в рамках неймановской традиционной архитектуры. Здесь, наряду с пе­редачей аппаратуре все большего числа программных функций (вплоть до полного погружения ПО в аппаратуру) разрабатываются сЭВМ с ап­паратнойреализацией трансляторовс языков высокого уровня(Fortran, Pascal, Forth, ADAи др.).