Principy počítačů I – Netradiční stroje ___________________________________
snímek 1
___________________________________ ___________________________________
Principy počítačů
___________________________________
Část X Netradiční stroje
___________________________________ ___________________________________ 1
© VJJ
___________________________________
snímek 2
___________________________________
Netradiční procesory
___________________________________ • architektury a organizace počítačů, které se vymykají struktuře popsané Johnem von Neumannem ve čtyřicátých letech
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 2
© VJJ
___________________________________
snímek 3
___________________________________
Asociativní procesory
___________________________________ • maticové procesory s výběrem dat podle obsahu paměťové buňky • paralelní asociativní procesory • sériové asociativní procesory
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
© VJJ
3
___________________________________
snímek 4
___________________________________
Operace asociativních procesorů • • • • • •
___________________________________
hledání ekvivalence operace porovnání s klíčem hledání extrémů hledání sousedů vyhledávání intervalů operace uspořádání
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 4
© VJJ
___________________________________
snímek 5
___________________________________
STARAN
___________________________________ Řídící paměť
___________________________________
Periferie Řadič asociativních operací
Řídící počítač
___________________________________ Propojovací síť
AM1
AM2
AM3
___________________________________
AMn
___________________________________ 5
© VJJ
___________________________________
snímek 6
___________________________________
Oblasti použití asociativních procesorů
___________________________________
• zpracování signálů - Fourierova transformace • operace nad bázemi dat • zpracování obrazů v kartografie a strereofotogrametrii • řízení dopravy v okolí letiště • vojenské radiolokátory © VJJ
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 6
___________________________________
snímek 7
___________________________________
Počítače řízené událostmi
___________________________________ • počítače řízené tokem dat
___________________________________
– jednoúčelové – universální statické – universální dynamické
___________________________________
• redukční počítače
___________________________________ ___________________________________ 7
© VJJ
___________________________________
snímek 8
___________________________________
Počítač řízený daty
___________________________________ a
b
c
*
y=a.b+c.d
d
___________________________________
* +
___________________________________
y
___________________________________ ___________________________________ 8
© VJJ
___________________________________
snímek 9
___________________________________
Program pro počítač řízený daty
___________________________________
• operace probíhají lokálně • řazení operací je omezeno pouze na datové závislosti mezi nimi • instrukce nemají žádné vedlejší efekty • instrukce splňují podmínku jediného přiřazení hodnoty ke každé proměnné • iterační výpočty jsou prováděny paralelně • volání procedur je reentrantní © VJJ
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 9
___________________________________
snímek 10
___________________________________
Jednoúčelové počítače řízené daty
___________________________________
• řeší elementární úlohy neustále se opakující při příchodu nových dat • používané zejména v řízení a průmyslu • příklady
___________________________________
– interpolační procesory – datové procesory (DSP) pro speciální použití
___________________________________
___________________________________ ___________________________________ 10
© VJJ
___________________________________
snímek 11
___________________________________
Řízení procesoru
Paměť instrukce 2 Paměť instrukce 3
___________________________________
Paměť instrukce 4
Paměť instrukce n
Procesorový element 1 Procesorový element 2
Řadič operací
Dynamický počítač řízený daty musí odlišovat data určená pro různé úlohy.
___________________________________
Paměť instrukce 1
Řadič výsledků
Statické a dynamické univerzální počítače
___________________________________ ___________________________________
Procesorový element 3 Procesorový element 4
Procesorový element n
___________________________________ 11
© VJJ
___________________________________
snímek 12
___________________________________
Redukční počítače
___________________________________ • cílem je omezit nepotřebné výpočty • formalizace v jazyce FFP (Formal Functional Programming), která vychází z mapování objektů do jiných objektů • sekvence - množinou objektů (čísel, symbolů, slov nebo dalších sekvencí) • postup výpočtu - redukce sekvencí
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
© VJJ
12
___________________________________
snímek 13
___________________________________
Systolická pole • pevně propojená síť funkčních jednotek • určena pro řešení jedné třídy úloh • algoritmus výpočtu je realizován obvodovým řešením, malé nároky na paměť • funkční jednotky provádějí stejnou jednoduchou operaci • propojovací síť spojuje jen sousední jednotky • velmi omezené řízení vnějším programem
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
13
© VJJ
___________________________________
snímek 14
___________________________________
Řešení konvolučních úloh X∈{x1, x2,L, xn}
W∈{w1, w2,L, wk }
pro k < n
___________________________________ ___________________________________
Y∈{y1, y2 ,L, yn+1−k }
___________________________________
y j = w1 x j + w2 x j +1 + K + wk x j + k −1
___________________________________ ___________________________________ 14
© VJJ
___________________________________
snímek 15
___________________________________
Práce jednorozměrného systolického pole
___________________________________
x3 ... x2 ... x1 y3 ... y2 ... y1
w1
w2
___________________________________
w3
___________________________________
Na počátku je Y nulové
© VJJ
1. takt ⇒
x1w3
2. takt ⇒
x1w2 + x2w3
3. takt ⇒
x1w1 + x2w2 + x3w3
___________________________________ ___________________________________ 15
___________________________________
snímek 16
___________________________________
Neuronové sítě
___________________________________ • v roce 1943 - formální neuron (Mc Culloch) • synapse skutečného neuronu jsou vstupními signály • signálům jsou přiřazeny váhy • neuron reaguje změnou svého stavu • neuronové počítače (neuronové sítě) jsou kombinací elementárních buněk
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
16
© VJJ
___________________________________
snímek 17
___________________________________
Model neuronu
___________________________________
x1 x2
w1
N(x)
___________________________________
w2 x3
w3
N
y
? x
wn xn
a) model neuronu
n y = N ∑ wi xi − pi i =1
b) přechodová funkce
y=
___________________________________ ___________________________________
1 n 1 + exp − ∑ wi xi − pi i =1
___________________________________ 17
© VJJ
___________________________________
snímek 18
___________________________________
Neuronová síť
___________________________________
• vrstvená síť – okrajové neurony – vnitřní (skryté) neurony – jednosměrné a obousměrné sítě
___________________________________ ___________________________________
• dvě fáze - tréninková a aktivní • realizace
___________________________________
– digitální – obvodová © VJJ
___________________________________ 18
___________________________________
snímek 19
___________________________________
Použití neuronových sítí
___________________________________ • korekce a rekonstrukce dat
___________________________________
• vyhledávání shody v datech při předpokladu, že přesná shoda mezi vzorem a analyzovaným signálem neexistuje • rozpoznávání závislostí v množině sejmutých dat
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
© VJJ
19
___________________________________
