數組處理機

數組處理機

array processor

對數組、向量或從時域或空間中的點陣所取得的數據進行高速運算的處理機。又稱為陣列處理機。

陣列處理機有兩種意義：一種是從功能的角度來説，即所處理的主要對象是陣列或數組，而不是標量，這就是數組處理機；另一種是從結構的角度來説，即在同一個控制機構控制下並行工作的具有相同結構的處理機陣列。數組處理機是在巨型計算機技術的基礎上，由專用的數字濾波器發展而來。20世紀60年代，在已有的計算機上加專用數字濾波部件，大大提高了計算機對數字信號處理的運算速度。後來，專用部件發展成可編程序的通用數組處理機，並在70年代後期出現系列產品。數組處理機應用在雷達數字信號處理、聲吶信號處理、石油勘探地震資料處理、圖像處理、實時飛行模擬、熱核反應模擬、天體物理計算、結構分析、人工智能等方面。

數組處理機的主要特點是性能-價格比很高。在某些應用領域，它的運算速度可以達到大型計算機或巨型計算機的水平，而價格卻只有它們的幾分之一或幾十分之一。

數組處理機的規模可以很大，但也可以小到微型計算機的規模。80年代，利用超大規模集成電路技術，一個數組處理機可以集成在一個半導體硅片上。數組處理機的運算速度可以高到與巨型計算機相比；也可以比較低，如每秒鐘運算100萬次。

數組處理機需要與一台主機一起運用。它的運算速度比主機大約快一個數量級或更多。主機一般進行標量運算和系統管理，數組處理機進行高速數組運算（包括矩陣運算、快速傅里葉變換等）。主機和數組處理機可共享主存儲器和外圍設備。

數組處理機可以作為中央處理器的一部分而直接連到主存儲器上，但更常見的是通過外部通道和主機相連。某些數組處理機只能與某種型號的主機相連，而廣泛使用的數組處理機能與多種型號的主機相連。一台數組處理機可以與一台或多台主機相連；一台主機也可以與多台數組處理機連成一個系統，每台數組處理機只完成自己獨特的計算任務。

為了達到高速運算，在數組處理機的系統結構中採用並行技術或流水線技術，或兩者同時採用。在運算器中有獨立的加法器和乘法器 ，它們可以並行工作 。在一個機器節拍（即一個時鐘週期）內，可以完成一個加法運算和一個乘法運算。為了實現這個目的，必須在一個節拍之內提供運算所需的數。在一般的數組處理機中，運算所需的數由多個存儲器提供。在同一節拍之內還要完成取指令、地址加工、循環計數和其他必要的操作，這些都可採用並行技術，因而也需要提供並行的數據通道。如要進一步提高運算速度，可以有多個加法器和多個乘法器，甚至還可以有獨立的除法器和開方器，它們都可以並行工作。

數組處理機也可以處理標量，一般由向量蜕化而來。當向量中的元素的個數為1時，即為標量。

通用的數組處理機一般採用微程序技術。常用的函數、算法等由生產廠家用微碼編寫成子程序，存放在機器的算術庫中，供用户隨時調用。數組處理機一般有3種語言：①微彙編語言：機器一級的語言。②使用算術庫的宏彙編語言：用户在編寫應用程序時，可以使用類似於FORTRAN語言的指令去調用算術庫中的由生產廠提供的子程序，還可以把這些子程序連接起來形成自己的應用程序。③數組FORTRAN語言：數組FORTRAN編譯程序所產生的目標模塊可與主機的FORTRAN程序合併在一起。使用微彙編語言編寫的程序，運算效率高，但用户需要了解數組處理機的內部結構，編寫程序所花的時間較長。使用數組FORTRAN語言，可以方便地編寫程序，但運算效率會大為降低。使用宏彙編語言可以獲得較高的運算效率，使用也比較方便。

高速數組處理機的一個發展趨勢是同具有其他功能的處理機（如數據庫處理機、操作系統處理機、輸入輸出處理機、通信處理機等）一起組成功能分佈計算機系統。在這種系統中，每種處理機可以高效地完成本身的特定功能。這種系統的功能很強，處理速度也很快。