Шевелев, С. С.Шевельов, С. С.Shevelev, S. S.2026-03-102026-03-102021https://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27242Шевелев С. С. Реконфигурируемая вычислительная модульная система / С. С. Шевелев // Радіоелектроніка, інформатика, управління. – 2021. – № 1 (56). – C. 194-207.RU: Актуальность. Современные универсальные вычислительные машины способны реализовать любой алгоритм, но при решении определенных задач по скорости обработки не могут конкурировать со специализированными вычислительными модулями. Специализированные устройства имеют высокое быстродействие, эффективно решают задачи по обработке массивов, задач искусственного интеллекта, используются в качестве управляющих устройств. Применение специализированных микропроцессорных модулей, которые реализуют обработку строк символов, логических и числовых значений, представленных в виде целых и действительных чисел, позволяет повысить быстродействие выполнения арифметических операций за счет использования параллелизма при обработке данных. Цель. Разработать принципы построения микропроцессорных модулей для вычислительной модульной системы с перестраиваемой структурой, арифметико-символьного процессора, специализированных вычислительных устройств, коммутационных систем способных конфигурировать микропроцессоры и специализированные вычислительные модули в мультиконвейерную структуру для повышения быстродействия выполнения арифметических и логических операций, высокоскоростных алгоритмов проектирования специализированных процессоров-акселераторов символьной обработки. Разработать алгоритмы, структурные и функциональные схемы специализированных математических модулей, выполняющих арифметические операции в прямых кодах на нейроподобных элементах и систем децентрализованного управления работы блоков. Метод. Построен информационный граф вычислительного процесса модульной системы с перестраиваемой структурой. Разработаны структурные и функциональные схемы, алгоритмы, реализующие построение специализированных модулей для выполнения арифметических и логических операций, поисковых операций и функций замены вхождений в обрабатываемых словах. Разработано программное обеспечение моделирования работы арифметико-символьного процессора, специализированных вычислительных модулей, систем коммутаций. Результаты. Разработана структурная схема реконфигурируемой вычислительной модульной системы, которая состоит из совместимых функциональных модулей, она способна к статической и динамической реконфигурации, имеет параллельную структуру соединения процессора и вычислительных модулей за счет использование интерфейсных каналов. Система состоит из арифметико-символьного процессора, специализированных вычислительных модулей и систем коммутаций, выполняет специфические задачи символьной обработки информации, арифметические и логические операции. Выводы. Архитектура реконфигурируемых вычислительных систем может динамически изменяться в процессе их функционирования. Появляется возможность адаптации архитектуры вычислительной системы под структуру решаемой задачи, создавать проблемно-ориентированные вычислители, структура которых соответствует структуре решаемой задачи. В качестве основного вычислительного элемента в реконфигурируемых вычислительных системах используются не универсальные микропроцессоры, а программируемые логические интегральные схемы, которые объединены с помощью высокоскоростных интерфейсов в единое вычислительное поле. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные системы на основе полей являются эффективным средством для решения потоковых задач обработки информации и управления. UK: Актуальність. Сучасні універсальні обчислювальні машини здатні реалізувати будь-який алгоритм, але при вирішенні певних завдань по швидкості обробки не можуть конкурувати зі спеціалізованими обчислювальними модулями. Спеціалізовані пристрої мають високу швидкодію, ефективно вирішують завдання з обробки масивів, задач штучного інтелекту, використовуються у якості керуючих пристроїв. Застосування спеціалізованих мікропроцесорних модулів, які реалізують обробку рядків символів, логічних і числових значень, представлених у вигляді цілих і дійсних чисел, дозволяє підвищити швидкодію виконання арифметичних операцій за рахунок використання паралелізму при обробці даних. Мета. Розробити принципи побудови мікропроцесорних модулів для обчислювальної модульної системи з перебудовуваною структурою, арифметико-символьного процесора, спеціалізованих обчислювальних пристроїв, комутаційних систем, здатних конфігурувати мікропроцесори і спеціалізовані обчислювальні модулі у мультиконвейєрну структуру для підвищення швидкодії виконання арифметичних і логічних операцій, високошвидкісних алгоритмів проєктування спеціалізованих процесорів-акселераторів символьної обробки. Розробити алгоритми, структурні і функціональні схеми спеціалізованих математичних модулів, що виконують арифметичні операції в прямих кодах на нейроподібних елементах і систем децентралізованого управління роботи блоків. Метод. Побудований інформаційний граф обчислювального процесу модульної системи з перебудовуваною структурою. Розроблено структурні та функціональні схеми, алгоритми, що реалізують побудову спеціалізованих модулів для виконання арифметичних і логічних операцій, пошукових операцій і функцій заміни входжень в оброблюваних словах. Розроблено програмне забезпечення моделювання роботи арифметико-символьного процесора, спеціалізованих обчислювальних модулів, систем комутацій. Результати. Розроблено структурну схему реконфігурованою обчислювальної модульної системи, яка складається з сумісних функціональних модулів, вона здатна до статичної та динамічної реконфігурації, має паралельну структуру сполуки процесора і обчислювальних модулів за рахунок використання інтерфейсних каналів. Система складається з арифметико-символьного процесора, спеціалізованих обчислювальних модулів і систем комутацій, виконує специфічні завдання символьної обробки інформації, арифметичні і логічні операції. Висновки. Архітектура реконфігурованих обчислювальних систем може динамічно змінюватися в процесі їх функціонування. З’являється можливість адаптації архітектури обчислювальної системи під структуру розв’язуваної задачі, створювати проблемно-орієнтовані обчислювачі, структура яких відповідає структурі розв’язуваної задачі. В якості основного обчислювального елемента в реконфігурованих обчислювальних системах використовуються не універсальні мікропроцесори, а програмовані логічні інтегральні схеми, які об’єднані за допомогою високошвидкісних інтерфейсів в єдине обчислювальне поле. Реконфігуровані мультіконвейерние обчислювальні системи на основі полів є ефективним засобом для вирішення потокових задач обробки інформації та управління. EN: Reconfigurable computing modular system Context. Modern general purpose computers are capable of implementing any algorithm, but when solving certain problems in terms of processing speed they cannot compete with specialized computing modules. Specialized devices have high performance, effectively solve the problems of processing arrays, artificial intelligence tasks, and are used as control devices. The use of specialized microprocessor modules that implement the processing of character strings, logical and numerical values, represented as integers and real numbers, makes it possible to increase the speed of performing arithmetic operations by using parallelism in data processing. Objective. To develop principles for constructing microprocessor modules for a modular computing system with a reconfigurable structure, an arithmetic-symbolic processor, specialized computing devices, switching systems capable of configuring microprocessors and specialized computing modules into a multi-pipeline structure to increase the speed of performing arithmetic and logical operations, high-speed design algorithms specialized processors-accelerators of symbol processing. To develop algorithms, structural and functional diagrams of specialized mathematical modules that perform arithmetic operations in direct codes on neural-like elements and systems for decentralized control of the operation of blocks. Method. An information graph of the computational process of a modular system with a reconstructed structure has been built. Structural and functional diagrams, algorithms that implement the construction of specialized modules for performing arithmetic and logical operations, search operations and functions for replacing occurrences in processed words have been developed. Software has been developed for simulating the operation of an arithmetic-symbolic processor, specialized computing modules, and switching systems. Results. A block diagram of a reconfigurable computing modular system has been developed, which consists of compatible functional modules, it is capable of static and dynamic reconfiguration, has a parallel structure for connecting the processor and computing modules through the use of interface channels. The system consists of an arithmetic-symbolic processor, specialized computing modules and switching systems, performs specific tasks of symbolic information processing, arithmetic and logical operations. Conclusions. The architecture of reconfigurable computing systems can change dynamically during their operation. It becomes possible to adapt the architecture of a computing system to the structure of the problem being solved, to create problem-oriented computers, the structure of which corresponds to the structure of the problem being solved. As the main computing element in reconfigurable computing systems, not universal microprocessors are used, but programmable logic integrated circuits, which are combined using high-speed interfaces into a single computing field. Reconfigurable multipipeline computing systems based on fields are an effective tool for solving streaming information processing and control problems.ruинформационный графпараллельно-конвейерная структурамодульная системаспециализированные вычислительные блокиінформаційний графпаралельно-конвеєрна структурамодульна системаспеціалізовані обчислювальні блокиinformation graphparallel pipeline structuremodular systemspecialized computing unitsArticle