数组处理机

阵列处理机

数组处理机是对数组、向量或从时域或空间中的点阵所取得的数据进行高速运算的处理机。

概念

数组处理机

array processor

对数组、向量或从时域或空间中的点阵所取得的数据进行高速运算的处理机。又称为阵列处理机。

意义

阵列处理机有两种意义：一种是从功能的角度来说，即所处理的主要对象是阵列或数组，而不是标量，这就是数组处理机；另一种是从结构的角度来说，即在同一个控制机构控制下并行工作的具有相同结构的处理机阵列。数组处理机是在巨型计算机技术的基础上，由专用的数字滤波器发展而来。20世纪60年代，在已有的计算机上加专用数字滤波部件，大大提高了计算机对数字信号处理的运算速度。后来，专用部件发展成可编程序的通用数组处理机，并在70年代后期出现系列产品。数组处理机应用在雷达数字信号处理、声呐信号处理、石油勘探地震资料处理、图像处理、实时飞行模拟、热核反应模拟、天体物理计算、结构分析、人工智能等方面。

产品特点

数组处理机的主要特点是性能-价格比很高。在某些应用领域，它的运算速度可以达到大型计算机或巨型计算机的水平，而价格却只有它们的几分之一或几十分之一。

技术内容

数组处理机的规模可以很大，但也可以小到微型计算机的规模。80年代，利用超大规模集成电路技术，一个数组处理机可以集成在一个半导体硅片上。数组处理机的运算速度可以高到与巨型计算机相比；也可以比较低，如每秒钟运算100万次。

数组处理机需要与一台主机一起运用。它的运算速度比主机大约快一个数量级或更多。主机一般进行标量运算和系统管理，数组处理机进行高速数组运算（包括矩阵运算、快速傅里叶变换等）。主机和数组处理机可共享主存储器和外围设备。

数组处理机可以作为中央处理器的一部分而直接连到主存储器上，但更常见的是通过外部通道和主机相连。某些数组处理机只能与某种型号的主机相连，而广泛使用的数组处理机能与多种型号的主机相连。一台数组处理机可以与一台或多台主机相连；一台主机也可以与多台数组处理机连成一个系统，每台数组处理机只完成自己独特的计算任务。

为了达到高速运算，在数组处理机的系统结构中采用并行技术或流水线技术，或两者同时采用。在运算器中有独立的加法器和乘法器，它们可以并行工作。在一个机器节拍（即一个时钟周期）内，可以完成一个加法运算和一个乘法运算。为了实现这个目的，必须在一个节拍之内提供运算所需的数。在一般的数组处理机中，运算所需的数由多个存储器提供。在同一节拍之内还要完成取指令、地址加工、循环计数和其他必要的操作，这些都可采用并行技术，因而也需要提供并行的数据通道。如要进一步提高运算速度，可以有多个加法器和多个乘法器，甚至还可以有独立的除法器和开方器，它们都可以并行工作。

数组处理机也可以处理标量，一般由向量蜕化而来。当向量中的元素的个数为1时，即为标量。

软件

通用的数组处理机一般采用微程序技术。常用的函数、算法等由生产厂家用微码编写成子程序，存放在机器的算术库中，供用户随时调用。数组处理机一般有3种语言：①微汇编语言：机器一级的语言。②使用算术库的宏汇编语言：用户在编写应用程序时，可以使用类似于FORTRAN语言的指令去调用算术库中的由生产厂提供的子程序，还可以把这些子程序连接起来形成自己的应用程序。③数组FORTRAN语言：数组FORTRAN编译程序所产生的目标模块可与主机的FORTRAN程序合并在一起。使用微汇编语言编写的程序，运算效率高，但用户需要了解数组处理机的内部结构，编写程序所花的时间较长。使用数组FORTRAN语言，可以方便地编写程序，但运算效率会大为降低。使用宏汇编语言可以获得较高的运算效率，使用也比较方便。

发展趋势

高速数组处理机的一个发展趋势是同具有其他功能的处理机（如数据库处理机、操作系统处理机、输入输出处理机、通信处理机等）一起组成功能分布计算机系统。在这种系统中，每种处理机可以高效地完成本身的特定功能。这种系统的功能很强，处理速度也很快。

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