Архитектуры символьных вычислений

Архитектуры символьных вычислений [c.332]

Введение в архитектуры символьных вычислений [c.332]

Архитектуры с разбиением на мелкие структурные элементы и тесной связью между элементами представляют наибольший интерес для символьных вычислений вследствие того, что основную роль здесь играет их способность к организации межэлементных соединений, а не производительность. Например, каждый узел семантической сети может быть поставлен в соответствие отдельному узлу такой архитектуры и вся вычислительная мощность может быть направлена на установление и идентификацию типов связей. Некоторые из упомянутых выше машин, имеющие миллион процессорных элементов, под- [c.336]

Любой подход к рассмотрению оптических архитектур требует серьезных размышлений на тему, а что вообще можно реализовать на основе существующих технологий, и в частности на базе электронных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Оптические вычисления не будут создавать серьезной конкуренции электронным вычислениям, если не дадут существенного (на несколько порядков) улучшения характеристик по ряду критических параметров. Следовательно, отправной точкой при рассмотрении применений оптики в символьных вычислениях должно стать выявление круга задач, решаемых с помощью электронных систем. [c.342]

ЦИЮ, компромисс между оптикой и электроникой, как видно, соответствует области схемы, расположенной где-то ближе к верхнему краю схемы, т. е. соответствует чисто электронным переключателям с некоторыми оптическими связями. Однако символьные методы обработки уделяют большое внимание организации связей, как уже было указано ранее в данной главе. Перенос акцента с переключений в архитектуре с разбиением н-а мелкие структурные элементы на организацию связей системы с сильной связью приводит к рассмотрению архитектур, для которых связь осуществляется оптически, и только некоторые из переключений выполняются электронными методами. Эта та категория гибридных электронно-оптических архитектур, которая, как уверены авторы, будет оказывать значительное воздействие на символьные вычисления. [c.343]

К настоящему моменту читателю следовало составить впечатление о типах архитектур, необходимых для символьных вычислений, а также о нескольких способах выполнения их по своей сути аналоговыми оптическими устройствами. Должно быть ясно, что даже эти чисто оптические структуры в некотором смысле являются гибридными оптоэлектронными архитектурами. В частности, электроника должна была бы использоваться для интерфейсных устройств связи с пользователем, для цифровых контроллеров и т. д., тогда как оптика должна была бы использоваться для проведения символьной обработки. В отнощении схемы на рис. 10.34 можно было бы ожидать, что имеется спектр уровней, где могут возникать оптоэлектронные интерфейсы. Этот спектр возможностей архитектур простирается от чисто электронных до гибридных оптоэлектронных систем и приводит к рассмотрению других потенциальных возможностей использования оптики для задач символьных вычислений. Некоторые из этих возможностей рассматриваются в следующем разделе. [c.351]

Оптика обладает потенциальной возможностью обеспечить высокий уровень параллелизма обработки и высокую полосу частот, необходимую для реализации сетей межэлементных соединений, требуемых для быстрых, эффективных параллельных вычислений в широком диапазоне символьных и цифровых алгоритмов обработки. ПМС больших размеров и обладающие высокой скоростью могут стать реальностью уже в течение нескольких следующих лет. Была предложена архитектура, использующая ПМС в качестве полностью перестраиваемого перекрестного переключателя. Процессор позволил получить высокую скорость обработки за счет предварительной организации цифровых и символьных потоков данных и обеспечил малые времена прогона. Система показала значительные преимущества пр сравнению с альтернативными подходами. [c.404]

Отметим также, что если бы можно было бы расширить область экспертизы, то все равно в обработке знаний существует ряд узких мест , которые ограничивают производительность экспертных систем величинами, составляющими от 10 до 1000 логических заключений в секунду. Для сравнения заметим, что это приблизительно соответствует быстродействию от 1 до 100 Мегафлоп (операций с плавающей запятой) в цифровых вычислениях. Данный предел не является следствием только проблем аппаратного обеспечения многое зависит от того, как программные средства организуют процессы поиска знаний и обоснования. Еще один аспект исследований экспертных систем заключается в нахождении эффективных способов разбиения на модули тех процедур, назначение которых накапливать и обрабатывать знания. В настоящее время фактически не существует способов разделения или разбиения на модули различных компонентов экспертных систем — средства обоснования и интерфейсы пользователя совместно используют одну и ту же память с базой знаний и механизмом вывода. Организуя, отслеживая и направляя все эти знания в монопроцессор, тем самым сильно ограничивают скорость, с которой могут выполняться символьные вычисления. Это является типичным примером ограниченности архитектуры фон Неймана, который будет обсуждаться в следующем разделе. [c.329]

Предыдушие разделы подготовили необходимый фундамент для обсуждения архитектур символьных компьютеров. Обсуждавшиеся выше принципиальные характеристики символьных вычислений помогли осознать всю важность связей между элементами данных связей между объектами и признаками в языке Лисп, связей между узлами в семантической сети, связей внутри и между фреймами и т. д. Это толкнуло специалистов в области компьютерной техники к исследованиям возможностей улучшения характеристик за счет использования таких архитектур компьютеров, для которых связь между узлами процессора отражала бы основные соотношения символьных вычислений. Такая идея вызвана частично опытом, накопленным при попытках увеличить производительность цифровых компьютеров путем приведения в соответствие их архитектуры со структурами алгоритмов и наоборот. Конечно, при этом следует помнить о важности поддержания гибкой архитектуры, которая может адаптироваться к изменяющимся связям между объектам в противном случае в результате будут получены машины весьма специализированного назначения с ограниченными возможностями. [c.332]

Классификация, представленная в [25] и изображенная на рис. 10.29, предлагает интересный вариант разбиения параллельных систем на категории исходя из числа процессоров и относительной степени сложности отдельного процессора. Традиционные монопроцессорные архитектуры изображены на рис. 10.29. По мере перехода к большему числу процессоров обычно происходит снижение степени сложности каждого отдельно взятого процессора, при этом следует стремиться достичь оптимального соотношения между ценой всей системы в целом и нарастанием ее сложности. Матрицы микрокомпьютеров представляют собой набор компьютеров, которые посылают сообщения друг другу посредством коммуникационной сети, как это изображено на рис. 10.30. Такие системы обычно характеризуются слабой связью элементов в противовес системам с сильной связью, т. е. отдельные компьютеры не делят между собой основную память и устройства ввода-вывода, хотя один компьютер всегда может привлечь ресурсы другого с помощью коммуникационной сети. Применение таких систем в символьных вычислениях, вероятно, будет происходить при решении задач, которые влекут за собой использование более чем одной базы знаний. Каждый процессор может работать с заданной частью задачи таким образом, чтобы свести к минимуму внутрипроцессорные связи. [c.334]

Вполне закономерным является тот факт, что относительная слабость и сила электронных и оптических методов прослеживаются тем или, иным путем уже в самих основах физики междуэлектронных или меледуфотонных взаимодействий. По этому поводу заметим, что между электронами существует сильное взаимодействие, в то время как между фотонами — слабое. Отсюда следует, что электроны хорошо подходят для использования в переключающих операциях, столь важных в вычислениях, а фотоны хороши для осуществления связи между переключателями, создавая связи, свободные от вредных эффектов взаимодействия, создающих перекрестные наводки и емкостную паразитную нагрузку. Однако соглашаться с такими утверждениями было бы преждевременно вследствие существования квантовых потерь, сопровождающих как преобразование электрона в фотон, так и фотона в электрон. Исследования и разработка направлены на поиск путей замены длинных внут-рикомпьютерных соединений оптическими каналами связи, поскольку именно длинные соединения создают для электронных устройств жесткие проблемы с выделением мощности, быстродействием и занимаемым объемом для электронных устройств [26]. Это, естественно, слишком далеко от реализации оптикой всех ее возможных преимуществ в многопроцессорных архитектурах, пригодных для символьных вычислений. [c.342]

По мере перемещения в правый нижний угол классификационной схемы на рис. 10.34 доля оптических элементов увеличивается до тех пор, пока не получается чисто оптическая архитектура. Прнмер оптического компьютера с разбиением на мелкие структурные элементы и сильной связью между элементами показан на рис. 10.36. Хотя никто еще не построил подобный компьютер, технически возможно создать систему, состоящую из 1 миллиона параллельных каналов. Это отнюдь не означает, что система включала бы конфигурацию обязательно из 1 миллиона узлов, так как такая конфигурация не подразумевает, что планарная матрица логических элементов, обозначенная как матрица вентилей, имела бы именно один логический элемент на канал. Вместо этого несколько логических элементов следовало бы соединить посредством среды межэлементных соединений, что позволило бы образовать элемент процессора. Например, квадратная матрица пХл логических элементов (вентилей) может содержать блок арифметической логики, несколько регистров и, возможно, несколько устройств кэш-памяти (быстродействующей буферной памяти большой емкости). Пример структуры указанного типа представлен на рис. 10.37, где для отдельных элементов двумерного ПМС были обозначены основные функции, присущие элементам вычислительной обработки. Принимая п равным 5 (25 логических элементов на процессор), в итоге получаем, что в машине должно быть 40 000 узлов, что составляет достаточно большую величину, чтобы такое устройство имело смысл использовать в качестве символьного оптического компьютера, реализующего символьные вычисления. [c.346]

Планарно-матричные архитектуры обработки изображений, т. е. переноса одной матрицы изображения на другую преобразующую матрицу, с успехом реализуются на основе устройств, рассмотренных выше. Планарно-матричная архитектура обеспечивает полную параллельность обработки массива (основное соображение в пользу оптических вычислений) и использует хорошо развитые методы классической оптики [34]. При этом линза становится межэлементным соединением сразу для 10 элементов/см с субфемтосекундной временной однородностью. Обычно упорядоченность таких соединений рассматривают в качестве механизма ограничения степени универсальности такого оптического компьютера. Однако даже в электронных цепях по мере увеличения их быстродействия становится все более необходимым сделать одинаковыми длины проводов, соединяющих элементы. Данное требование совместно с недопустимостью пересечения проводов заставляет использовать в электронике все более и более упорядоченные соединения. Оказывается, что необходимость в упорядоченности соединений обусловливается в основном стремлением добиться высокой скорости и простоты изготовления, а не типом используемых- логических элементов. За последнее время сделаны значительные успехи в области разработки архитектур обработки изображений. Символьные подстановки [35 ] стали од- [c.71]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...