Thesis /

ROMDOC-THESIS-2016-441

Contribuţii la realizarea unor structuri de calcul performante, bazate pe circuite reconfigurabile

Petrescu, Iacob Cristian
2009-10-24

Abstract: Contribuţii la realizarea unor structuri de calcul performante, bazate pe circuite reconfigurabile. Teza de doctorat tratează problematica implementării algoritmilor computaţionali direct în hardware, prin intermediul tehnologiei FPGA şi a platformelor software moderne, de proiectare asistată de calculator a sistemelor numerice, cât si dezvoltarea unor noi algoritmi asociativi performanţi implementabili fizic sub forma de procesoare asociative multicomparand - multirespondent orientate pe aplicaţii. Implementarea algoritmilor computaţionali direct în hardware se constituie într-o nouă paradigmă de calcul, de mecanizare a algoritmilor, diferită de paradigma von Neumann, care presupune exprimarea algoritmului cu ajutorul instrucţiunilor unui calculator convenţional, pentru elaborarea programului (software), în vederea execuţiei pe calculatorul (hardware) dat. Algoritmul în cauză este utilizat pentru generarea unui fişier de configurare (configware) a resurselor hardware (morfware) prezente pe un circuit FPGA. Studiul acestei noi paradigme de calcul este urmat de prezentarea sistematică a principiilor de bază ale FPGA-urilor, a componentelor lor constructive, din punctul de vedere al tehnologiilor de realizare şi al soluţiilor structurale, cât şi ilustrarea fluxului proiectării cu FPGA-uri. În continuare se examinează mai multe aplicaţii ale memoriilor asociative, o maşina asociativă multicomparand programabilă în sens von Neumann, cât şi o propunere de maşină multicomparand-multirespondent orientată pe aplicaţie. Sunt prezentaţi o serie de algoritmi implementabili pe maşina asociativă multicomparand şi sunt dezvoltaţi mai mulţi algoritmi asociativi proprii pentru maşinile multicomparand-multirespondent orientate pe aplicaţii. Întrucât maşinile asociative pot fi utilizate în calitate de coprocesoare ataşate unor maşini von Neumann, în scopul creşterii vitezei de execuţie a unor algoritmi intensiv computaţionali, s-au studiat performanţele în condiţiile utilizării a trei tipuri de interfeţe: PCI, PCI-X şi HT. Partea finală a lucrării este consacrată implementării unor sisteme de calcul reconfigurabile performante, bazate pe procesoare orientate pe aplicaţii, cât şi pe procesoare asociative multicomparand-multirespondent. Sunt prezentate trei platforme echipate cu circuite FPGA de complexitati diferite, cât şi proiectele unor interfeţe cu ajutorul cărora procesoarele orientate pe aplicaţii pot comunica cu o tastatură PS/2 şi cu un monitor VGA. Înainte de a descrie în detaliu o serie de aplicaţii sugestive, se face o analiză a noţiunii de procesor aritmetic prin prisma utilizatorului şi prin cea a proiectantului. Se arată că proiectantul, plecând de la specificaţiile utilizatorului, trebuie să dezvolte algoritmii aritmetici ai procesorului, la nivel de bit, şi să-i reprezinte într-un limbaj de descriere hardware (Verilog sau VHDL). Exemplele considerate au, în special, un rol metodologic, pentru a ilustra tehnicile de implementare a algoritmilor direct în FPGA, sub forma unor procesoare orientate pe aplicaţii. Contributions at high performance computing structures implementation, based on reconfigurable circuits. The thesis is concerned with the hardware implementation of computational algorithms using FPGA technology and modern digital systems computer aided design software platforms, as well as the development of new high performance algorithms, which can be physically implemented as multicomparand - multirespondent application oriented associative processors. The hardware implementation of computational algorithms emerges as a new paradigm in computing, in as much as, it is a different approach form the von Neumann paradigm, which presumes the algorithm description by means of the instructions of a conventional computer, in order to create the programme (software) to be executed on a given computer (hardware). The new paradigm makes use of an FPGA circuit hardware resources perceived as morfware configured through a configuration file perceived as configware. The study of this new computing paradigm is followed by a systematic presentation of the basic principles of the FPGA structures, as well as structural solutions and design flows. Further are examined several deployments for associative memory, a multicomparand associative machine which can be programmed in von Neumann style, and a proposed application oriented multicomparand - multirespondent associative machine. A series of algorithms which can be programmed on the multicomparand associative machine, as well as a number of original algorithms for muticomparand - multirespondent applications oriented machines are presented. Due to the fact that associative machines can be used as co-processors attached to von Neumann machines, with the purpose of increasing the execution speed of computational intensive algorithms, a chapter was dedicated to the study of performances using three types of interfaces, PCI, PCI-X and HT. The final part of the thesis is dedicated to the implementation of high performance reconfigurable systems based on application oriented processors as well as muticomparand - multirepondent associative processors. Three platforms, equipped with FPGA circuits of different complexities, as well as designs of interfaces with a PS/2 keyboard and a VGA monitor for application oriented processors are presented. Prior to the detailed description of a series of suggestive applications, an analysis of the notion of arithmetic processor is made through the standpoint of both the user and the designer. It is concluded that starting from the user’s specifications, the designer must develop the arithmetic algorithms of the processor, at bit level, and to represent them in a hardware description language (Verilog or VHDL). The examples under consideration have mainly a methodological role in order to illustrate the FPGA algorithm implementation in the form of application oriented processors.

Keyword(s): Tehnologia informaţiei -- Teză de doctorat ; Prelucrări de date -- Ştiinţa informaţiei -- Teză de doctorat ; Algoritmi computaţionali -- Teză de doctorat ; Arhitectura calculatoarelor -- Teză de doctorat
OPAC: See record in BC-UPB Web OPAC
Full Text: see files

Similar records

 

People who viewed this page also viewed:

(250)  Optimizarea conceptuală şi operaţională a instalaţiilor chimice multiscop - Voinescu, Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2003-000000054 (244)  Sisteme electronice de control automat a proceselor tehnologice din industria cimentului - Bernea, Florin George - ROMDOC-THESIS-2021-2312 (243)  Managementul congestiilor în sistemele electroenergetice în prezenţa surselor regenerabile - Boambă, Claudia-Elena - ROMDOC-THESIS-2021-2325 (242)  Contribuţii la estimarea duratei de viaţă a unor structuri de automobile - Camciuc, Arthur - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2005-000013923 (236)  Contribuţii privind evaluarea riscurilor în investiţii de dotare cu mijloace de transport - Dumitraşcu, Marian - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2005-000013948

 

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.