Advertisement

Pipelineverarbeitung in systolischen und zellularen Automaten

  • Roland Vollmar
  • Thomas Worsch
Part of the Leitfäden der Informatik book series (XLINF)

Überblick

Die tayloristische Betrachtung von Arbeitsvorgängen führte dazu, in Fabriken zur Fließbandproduktion überzugehen. Im Zusammenhang mit der Diskussion über die Humanisierung der Arbeitswelt wird dieser Ansatz inzwischen in Frage gestellt: Die zu weit gehende Spezialisierung der Menschen und die Erfordernisse einer gleichbleibenden Aufmerksamkeit und Geschwindigkeit beim Ausführen der speziellen Tätigkeiten sind psychologisch schwer zu verkraften.

Diese Aspekte können sich aber vorteilhaft auswirken, wenn eine Verarbeitung durch Automaten erfolgen soll: Eine Ermüdung tritt nicht ein, und spezialisierte Automaten sind oft einfacher zu entwerfen und billiger zu fertigen. Dies war ein Grund, mit dem Aufkommen der VLSI-Technologie Schaltungen zu schaffen, die nach dem Prinzip des Fließbandes arbeiten. Ein weiterer — und zwar der entscheidende — Vorteil ist der der Durchsatzerhöhung, vorausgesetzt die auszuführenden Operationen lassen sich geschickt zerlegen. Betrachten wir als Beispiel die Multiplikation von Paaren von Gleitkommazahlen:

Unter der Annahme, daß jede Teiloperation eine Zeiteinheit benötigt und daß in jeder Zeiteinheit ein Paar von Zahlen in die Kette der Verarbeitungseinheiten einläuft, liegt das i-te Resultat (i > 1) eine Zeiteinheit nach dem (i — l)-ten vor, und zudem sind „im eingeschwungenen Zustand“ alle Verarbeitungseinheiten ununterbrochen tätig.

Das Übertragen einer solchen Vorgehensweise auf eindimensionale Zellularräume scheint vom Bild her sehr einfach zu sein. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich aber ein Problem: Ein fester endlicher Ausschnitt eines Zellularraumes besitzt nur sehr beschränkte Fähigkeiten. So liegt es nahe, auf andere Arten der Eingabe und auf andere Strukturen überzugehen.

Bevor Zellularautomaten auf ihre Eignung für eine Pipelineverarbeitung untersucht werden, werden spezialisierte Systeme betrachtet, sogenannte systolische Systeme, die gerade unter dem Gesichtspunkt der Modellierung einer derartigen Verarbeitung definiert wurden.

Abbildung 6.1

Fließbandartige Multiplikation von Gleitkommazahlen.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literaturverzeichnis

  1. [CGS84a]
    K. Culik II, J. Gruska und A. Salomaa. Systolic trellis automata I. International Journal of Computer Mathematics, 15, 1984, 195–212.MathSciNetCrossRefzbMATHGoogle Scholar
  2. [CGS84b]
    K. Culik II, J. Gruska und A. Salomaa. Systolic trellis automata II. International Journal of Computer Mathematics, 16, 1984, 3–22.MathSciNetCrossRefzbMATHGoogle Scholar
  3. [CGS86]
    K. Culik II, J. Gruska und A. Salomaa. Systolic trellis automata: Stability, decidability and complexity. Information and Control, 71, 1986, 218–230.MathSciNetCrossRefzbMATHGoogle Scholar
  4. [ChC84]
    C. Choffrut und K. Culik II. On real time cellular automata and trellis automata. Acta Informatica, 21, 1984, 393–407.MathSciNetCrossRefzbMATHGoogle Scholar
  5. [CSW84]
    K. Culik II, A. Salomaa und D. Wood. Systolic tree acceptors (VLSI systolic trees as acceptors). RAIRO Informatique théorique, 18, 1984, 53–69.MathSciNetzbMATHGoogle Scholar
  6. [Hen65]
    F. Hennie. One-tape, off-line Turing machine computations. Information and Control, 8, 1965, 553–578.MathSciNetCrossRefGoogle Scholar
  7. [Kun82]
    H.T. Kung. Why systolic architectures? Comput. Magazine, 15(1), 1982, 37–46.CrossRefGoogle Scholar
  8. [Sei79]
    S.R. Seidel. Language Recognition and the Synchronization of Cellular Automata. PhD thesis, University of Iowa, 1979.Google Scholar
  9. [Sue90]
    T. Suel. Zur Zustandsänderungskomplexität von Zellularautomaten. Diplomarbeit, Technische Universität Braunschweig, 1990.Google Scholar
  10. [UMS82]
    H. Umeo, K. Morita und K. Sugata. Deterministic one-way simulation of two-way real-time cellular automata and its related problems. Information Processing Letters, 14(4), 1982, 158–161.MathSciNetCrossRefzbMATHGoogle Scholar
  11. [Vol78]
    R. Vollmar. On two modified problems of synchronization in cellular automata. Acta Cybernetica, 3, 1978, 293–300.MathSciNetGoogle Scholar
  12. [Vol81]
    R. Vollmar. On cellular automata with a finite number of state changes. Computing, Suppl. vol., 3, 1981, 181–191.CrossRefGoogle Scholar
  13. [Vol87]
    R. Vollmar. Some remarks on pipeline processing by cellular automata. Computers and Artificial Intelligence, 6, 1987, 263–278.zbMATHGoogle Scholar

Copyright information

© B. G. Teubner Stuttgart 1995

Authors and Affiliations

  • Roland Vollmar
    • 1
  • Thomas Worsch
    • 1
  1. 1.Universität KarlsruheDeutschland

Personalised recommendations