Лекция: Команды обработки видео- и аудио-информации (SIMD, SSE). Идея параллельной обработки, и ее совершенствование. (ОргЭВМ)

Название команд (Single Instruction Multiple Data) переводится как “одна инструкция – много данных”. В отличие от обычных команд, оперирующих двумя числами, SIMD – команды обрабатывают 2 группы чисел, которые представляются в упакованных форматах. Идея такой обработки была выдвинута в 1978 году в Институте точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева в рамках проекта “Эльбрус-1”. С 1992 года SIMD –команды становятся неотъемлемым элементом системы команд МП фирм Intel и AMD. Поводом для широкого внедрения этих команд послужило развитие мультимедийных приложений, в которых большие массивы данных обрабатываются идентично. Так, при сжатии видео информации и преобразовании ее в формат MPEG один и тот же алгоритм применяется к тысячам битов данных.

Первой на мультимедийный бум отреагировала фирма Intel, добавив в систему команд МП Pentium MMX 57 SIMD – команд (ММХ – это аббревиатура от мультимедийного расширения). Суть этих команд в том, что при выполнении арифметических операций каждое из упакованных чисел, входящих в группу, рассматривается как самостоятельное, не связанное с соседними числами. В таких операциях реализуется арифметика с насыщением: если в результате арифметической операции получают число, выходящее за пределы отведенных для него позиций, то его заменяют на максимальное значение, которое в эти позиции помещается. Рассмотрим пример: четырехразрядные числа (полубайт) упаковываются в группы 32-разрядных слов и складываются:

31 28 27 24 23 20 19 16 15 12 11 8 7 4 3 0

0011 0001 1111 1000 0001 0010 0011 1001

0100 0001 0001 0011 0101 0110 0111 1000

0111 0010 1111 1011 0110 1000 1010 1111

Следующим шагом стало создание SIMD – команд, работающих с операндами, представленными в виде упакованных чисел с плавающей запятой. Такие команды в видео, трехмерной графике и при воспроизведении звука повышают производительность процессора примерно вдвое. Впервые подобную технологию в 1998 году предложила фирма AMD, технология получила название 3DNow!.. Буквально через полгода фирма Intel вводит в свои МП так называемые потоковые команды, обозначив их аббревиатурой SSE (Streaming SIMD Extension). Сначала это были 70 команд в МП Pentium III. Команды дополняли групповые целочисленные операции ММХ и расширяли их за счет групповых операций с 32-разрядными вещественными числами.

В зависимости от типа чисел SSE- команды делятся на 3 категории:

— операции с группами целых чисел, которые могут иметь размер байта, слова, двойного слова или квадрослова, при этом разрядность группы чисел может быть 64 или 128;

— оперирование 1 парой 32-разрядных или 64-разрядных чисел с плавающей запятой (обычная или двойная точность);

— обработка 4-х пар вещественных чисел ОТ или 2-х пар вещественных чисел ДТ (разрядность группы равна 128).

В Pentium 4 групповые потоковые команды получили дальнейшее развитие, что вылилось в технологию SSE2. Этот вариант включает 271 команду и позволяет выполнять групповые арифметические и логические операции, сдвиги, сравнения, перегруппировку и извлечение отдельных чисел, различные варианты пересылок. За один такт обрабатываются 4 пары чисел ОТ, упакованных в 128-разрядное слово.

В заключении следует отметить, что другие фирмы также ввели в систему команд ВМ различные варианты SIMD – команд, некоторые из которых даже превышают SSE2. И еще одно замечание касается стирания граней между классами МП: технология SIMD – команд сближает CISC, RISC и VLIW процессоры. С одной стороны эти команды производят обработку данных за один такт, с другой стороны – работают со сверхдлинными операндами.

Указать, какой из приведенных вариантов более соответствует понятию Normal Form 3 (БД)

Варианты:

Реляционное отношение, в котором …

А) … отсутствуют неполные функциональные зависимости от составного первичного ключа.

Б) … каждая детерминанта является первичным ключом.

В) … отсутствуют транзитивные функциональные зависимости от первичного ключа.

Г) … каждая детерминанта является неключевым атрибутом.

Свойство схемы отношения, заключающееся в том, что она находится в 2NF и не существует транзитивных зависимостей не первичных ее атрибутов от возможных ключей.