新型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 新型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)新型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 2021年8月3日星期二2 第1頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二3 第2頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二4 流動(dòng)一樣 第3頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二5 根據(jù)具體計(jì)算的問(wèn)題不同，脈動(dòng)陣列可以 有一維線形、二維矩形六邊形/二叉樹(shù)形 三角形等陣列互連構(gòu)形。 第4頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二6 M a b c a b d MMM MMMM M MMM M MMMM MMM d=ab+ca=a, b=b 脈動(dòng)式二維陣列流水機(jī) 第5頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二7 333231 232221 131211 aaa aaa a

2、aa A 333231 232221 131211 bbb bbb bbb B 333231 232221 131211 ccc ccc ccc BAC 3 1k kjikij baC 1i3,1j3 現(xiàn)有矩陣A、B如下，要在二維脈動(dòng)陣列機(jī)上求兩矩陣 的乘積C 其中 在圖中給出了在t1、t2 、t3 時(shí)刻送入數(shù)據(jù)，到t6 時(shí)，從 45 方向上將同時(shí)輸出 的值，t7 時(shí)輸出 的值，t8 時(shí)輸出 的值。 可以看出，總共只需用8拍就可以完成兩個(gè)33矩陣相 乘，比單處理機(jī)上循環(huán)執(zhí)行所需的27拍，速度提高了 兩倍多。 3121111213 ,ccccc 322223 ,ccc 33 c 第6頁(yè)/共38頁(yè)

3、 2021年8月3日星期二8 a11 a12 a13 0 0 t1 0 a21 a22 a23 0 t2 0 0 a31 a32 a33 t3 t8 t6 c12 c13 t6 c11 c21 c31 t8 c33 t7 c23 t7 c22 c32 0 0 000 MMM MMMM M MMM M MMMM MMM t1 0 0 b3 1 b2 1 b1 1 t2 0 b3 2 b2 2 b1 2 0 t3 b3 3 b2 3 b1 3 0 0 M a b c a b d 第7頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二9 脈動(dòng)陣列計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)整，模塊化強(qiáng)，可擴(kuò)充性好。

4、非常 適合于超大規(guī)模集成電路的實(shí)現(xiàn)。 （2）PE間數(shù)據(jù)通信距離短、規(guī)則，使數(shù)據(jù)流和控制流 的設(shè)計(jì)、同步控制簡(jiǎn)單規(guī)整。 （3）具有極高的計(jì)算并行性，可通過(guò)流水獲得很高的 運(yùn)算效率和吞吐率。 （4）脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)的構(gòu)形與特定的計(jì)算任務(wù)和算法密 切相關(guān)，限制了其應(yīng)用范圍。 脈動(dòng)陣列機(jī)的發(fā)展目標(biāo)：研制通用型脈動(dòng)陣列機(jī)。 第8頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二10 第9頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二11 特點(diǎn)：指令的執(zhí)行基本上是無(wú)序的，完 全受數(shù)據(jù)流的驅(qū)動(dòng)；沒(méi)有程序計(jì)數(shù)器 PC，取而代之的是“數(shù)據(jù)令牌”。 “數(shù)據(jù)令牌”是一種表示某一操作數(shù)或參數(shù) 已準(zhǔn)備就緒的標(biāo)志。 第10頁(yè)/共38頁(yè) 2021

5、年8月3日星期二12 第11頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二13 （1）算邏運(yùn)算結(jié)點(diǎn) ： + “加” +1 “加1” N “非” “與” 算術(shù)運(yùn)算結(jié)點(diǎn)：加、減、乘、除、加l、減1等 布爾運(yùn)算結(jié)點(diǎn)：與、或、異或、非等 第12頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二14 （2）常數(shù)結(jié)點(diǎn)： 常數(shù)結(jié)點(diǎn)的功能是用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)。 常數(shù)產(chǎn)生結(jié)點(diǎn)沒(méi)有輸入端，只有一條輸出線。 n 激發(fā)后 2 22 數(shù)據(jù)令牌 一般表示 數(shù)據(jù)復(fù)制控制復(fù)制 o （3）復(fù)制結(jié)點(diǎn)： 數(shù)據(jù)復(fù)制結(jié)點(diǎn)：圖中圓點(diǎn)和箭頭用實(shí)心表示。 控制量（布爾量）復(fù)制結(jié)點(diǎn)：圖中的圓點(diǎn)和箭頭用空心表示。 第13頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二15 （

6、4）控制操作結(jié)點(diǎn) ： 激發(fā) 后 T門控結(jié)點(diǎn) F門控結(jié)點(diǎn) T a T a T 激發(fā) 后 T a F a F T門控：僅當(dāng)布爾控制端為真、且輸入端有數(shù)據(jù)令牌時(shí) 才能激發(fā)，然后在輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)令牌而輸入端的數(shù)據(jù) 令牌消失。 F門控：僅當(dāng)布爾控制端為假、且輸入端有數(shù)據(jù)令牌時(shí) 才能激發(fā)，然后在輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)令牌而輸入端的數(shù)據(jù) 令牌消失。 第14頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二16 MG T F a T 激發(fā)后 MG T F a MG T F a F 激發(fā)后 開(kāi)關(guān) 門控 結(jié)點(diǎn) SW T F a T SW T F a 激發(fā)后 SW T F a F SW T F a 激發(fā)后 歸并 門控 結(jié)點(diǎn) MG T

7、F a 第15頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二17 （5）條件判斷結(jié)點(diǎn) ： 0 x x 激發(fā) 后 激發(fā)后 T(x0)T(x0) 0 x xy y F(xy)F(x0 Z=X-Y X0 o MG T F -+ 問(wèn)題：圖中有多少個(gè)結(jié)點(diǎn)？ 出現(xiàn)了多少種結(jié)點(diǎn)？ 復(fù)制 判斷 開(kāi)關(guān) 控制復(fù)制 算術(shù)運(yùn)算 歸并 第17頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二19 VAL，法國(guó)的LAU以及英國(guó)曼徹斯 特大學(xué)的SISAL語(yǔ)言等。 第18頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二20 第19頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二21 有不同標(biāo)號(hào)(或稱顏色)的數(shù)據(jù) 令牌。 第20頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二

8、22 指令存儲(chǔ)部件指令存儲(chǔ)部件 更新部件更新部件取指令部件取指令部件 處理器部件處理器部件可執(zhí)行指令隊(duì)可執(zhí)行指令隊(duì) 列列 結(jié)果包結(jié)果包操作包操作包 ： ： ： ： 第21頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二23 指令存儲(chǔ)部件指令存儲(chǔ)部件 處理部件處理部件 匹配令牌組匹配令牌組 ： 更新更新/取指部件取指部件 可執(zhí)行指令隊(duì)列可執(zhí)行指令隊(duì)列 匹配部件匹配部件 由于任一條弧上同時(shí)存在帶有不同標(biāo)號(hào)(或稱顏色)的 數(shù)據(jù)令牌只要對(duì)令牌標(biāo)號(hào)進(jìn)行符合比較就可加以識(shí)別。 為此，需要有一個(gè)稱為匹配部件的硬件機(jī)構(gòu)將標(biāo)號(hào)附 加到數(shù)據(jù)令牌上，并完成標(biāo)號(hào)的匹配工作。 第22頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二24 2

9、由于數(shù)據(jù)流程序的操作包代碼長(zhǎng)度較長(zhǎng)， 將占用較多的存儲(chǔ)空間。 3當(dāng)機(jī)器規(guī)模變大時(shí)，接到轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)上的流 水環(huán)數(shù)將增加，從而使轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)變成系統(tǒng)性能 的新瓶頸口。 第23頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二25 。 第24頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二26 第25頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二27 以表達(dá)式z=(y-1)(y+x)為例，可以理解成z=f(u)，而 f(u)等價(jià)于g(v) h(w)，其中g(shù)(V)=y-1，h(w)=y+x， 也就是說(shuō)，函數(shù)z=f(u)的求解可歸約成求兩個(gè)子函數(shù) g(v)和h(w)的積，而g(v)和h(w)又可以分別繼續(xù)向下 歸約。 針對(duì)函數(shù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

10、的特點(diǎn)和問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)支持函數(shù) 式程序運(yùn)行的新計(jì)算機(jī)，這就是歸約機(jī)。 第26頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二28 第27頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二29 z： * g ： h ： +一 1y：y：x： 25 y x 串歸約串歸約: 28 z g h 52 yx 圖歸約圖歸約: y1Z/ 1 +yxZ/ 2 * (4) (7 ) Z 以表達(dá)式z=(y-1)(y+x)為例，假定x和y分別賦以2和5 。 28 47 552 第28頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二30 串歸約特點(diǎn)：是一種不斷地在定義表達(dá)式集合中去查 找和復(fù)制的過(guò)程，而且對(duì)每次函數(shù)作用都要重復(fù)執(zhí)行， 因而時(shí)間和空間的輔

11、助開(kāi)銷都比較大。 圖歸約方式與串歸約方式主要的不同在于，定義表達(dá)式 時(shí)設(shè)置了Z1、Z2等指針。這樣，下一層作用的返回 結(jié)果將直接取代上一層作用的自變量，省去了歸約時(shí)的 復(fù)制開(kāi)銷；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了自變量返回值的共享，不用對(duì) 同一函數(shù)作用重復(fù)執(zhí)行，就可以直接引用此函數(shù)求值的 結(jié)果。 歸約方式體現(xiàn)了按需求驅(qū)動(dòng)的思想，根據(jù)對(duì)函數(shù)求值的 需求來(lái)激活相應(yīng)指令。 第29頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二31 第30頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二32 第31頁(yè)/共38頁(yè) 2021年8月3日星期二33 AI處理的基本要點(diǎn):有關(guān)知識(shí)的獲取、表示和智慧地 加以使用(知識(shí)處理)。 知識(shí)的獲取知識(shí)的獲取:AI系統(tǒng)應(yīng)能從視覺(jué)、聲音和書(shū)寫(xiě)等各種 信息源獲取信息。由于這些信息的來(lái)源往往是不完整 、 不精確甚至是相互矛盾的，因此必須對(duì)它們進(jìn)行止確 的識(shí)別和理解。 知識(shí)的表示知識(shí)的表示：主要是對(duì)有關(guān)對(duì)象、關(guān)系、目標(biāo)、動(dòng) 作 以及處理過(guò)程的信息加以編碼，形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編 寫(xiě) 成過(guò)程。 知