МОДУЛЬНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Заявленное устройство модульной вычислительной системы относится к вычислительной технике и может использоваться для создания систем управления, в том числе - для управления оборудованием и технологическими процессами в машиностроении, для систем автоматического управления авиационной и космической техникой, для систем с искусственным интеллектом и т.д.
Известны модульные вычислительные системы.
Например, компьютер Cray T3D, являющийся суперкомпьютером с массовым параллелизмом и с распределенной памятью /Л.-1/. В его состав входят два типа основных компонентов: вычислительные узлы и коммутационная сеть. Коммутационная сеть компьютера Cray T3D образует трехмерную решетку, соединяя сетевые маршрутизаторы узлов в трех пространственных направлениях. Связь между двумя смежными узлами реализована с помощью двух однонаправленных каналов передачи данных, что допускает одновременный обмен данными в противоположных направлениях. Недостатком этого устройства является низкая реальная производительность при решении задач, требующих большого числа между процессорных пересылок.
Известна многопроцессорная система, состоящая из модулей. /Л-2/. Модуль многопроцессорной системы, предназначенный для построения многопроцессорных систем, содержит группу макропроцессоров, выполняющих крупные математические операции, группу мультиконтроллеров распределенной памяти, обеспечивающих скоростной обмен информацией между оперативной памятью и макропроцессорами и параллельно-конвейерную обработку
информации, матричный коммутатор, обеспечивающий прямые пространственные соединения между всеми компонентами системы, причем информационные входы устройства соединены с двунаправленными входами/выходами оперативной памяти и двунаправленными входами/выходами блока мультиконтроллеров распределенной памяти.
Известен модульный электронный конструктор /Л.-3/. Модульный электронный конструктор состоит из набора модулей, в каждом из которых расположены электронный элемент, электронная схема или электронное устройство, электрические соединения между которыми осуществляются посредством контактов, расположенных на боковых гранях модулей.
Наиболее близкими по технической сущности к заявленному устройству являются полезные модели «Нейронная сеть» и «Доменная нейронная сеть» /Л.-4, 5/.
В нейронной сети имеются нейроны и коммутаторы. Нейроны имеют один вход и один выход и выполняют функции обработки информации и принятия решения. Входы и выходы нейрона соединены с входами и выходами коммутаторов. Коммутатор нейронной сети состоит из таблицы связей нейронов, составляющих фрагмент сети, и устройства, передающего информацию между нейронами на основе этой таблицы. Входы и выходы коммутатора соединены с входами и выходами других коммутаторов и входами и выходами нейронов сети. Фрагменты сети, содержащие соединенные между собой нейроны и коммутаторы, объединены в домены. Домены подключены к коммутаторам более высокого уровня. В домен входит шлюз. Домен имеет один вход и один выход, которые образованы, соответственно, внешним входом и внешним выходом шлюза. Шлюз имеет один внешний вход и один внешний выход, а также много внутренних входов и внутренних выходов. Шлюз содержит таблицу шлюзования, задающую соединение внешнего входа и внешнего выхода шлюза соответственно с внутренними входами и выходами шлюза, а также устройство, принимающее и передающее информацию на основе этой таблицы.
Внутренние входы и внутренние выходы шлюза подсоединены, соответственно, к входам и выходам внутренних коммутаторов, нейронов и доменов более низкого уровня, входящих в фрагмент сети, который образует домен.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является:
- создание модульных вычислительных систем от простых до сложных;
- унификация номенклатуры модулей;
- снижение стоимости устройства за счет применения унифицированных модулей, выпускаемых большими партиями;
- сокращение затрат на техническое обслуживание и ремонт вычислительной системы;
- наращивание модулей в процессе эксплуатации, при усложнении задачи, подключении дополнительного оборудования;
- повышение надежности вычислительной системы за счет введения резервных модулей,
- аппаратная реализация больших нейронных сетей.
Устройство модульной вычислительной системы, где каждый модуль содержит несколько разъемов, сетевой контроллер-маршрутизатор, шлюз и функциональные блоки, причем разъем используется для взаимного соединения модулей, шлюз модуля имеет один внешний вход и один внешний выход, а также много внутренних входов и выходов, подсоединенных, соответственно к выходам и входам упомянутых функциональных блоков, отличающееся тем, что входы и выходы контроллера-маршрутизатора подсоединены к разъемам, а также к внешнему входу и внешнему выходу шлюза.
Схема модуля заявленного устройства показана на рис.1.
Устройство модульной вычислительной системы (рис.1), где каждый модуль содержит несколько разъемов (не показаны), сетевой контроллер-маршрутизатор 1, шлюз 2 и функциональные блоки 3. Разъем используется для взаимного соединения модулей между собой, а также для приема и передачи данных между модулями. Шлюз 2 имеет один внешний вход и один внешний
выход, а также много внутренних входов и выходов, подсоединенных, соответственно к выходам и входам упомянутых функциональных блоков 3. Входы и выходы контроллера-маршрутизатора 1 (I/O1,...I/On) подсоединены к разъемам, а также к внешнему входу и внешнему выходу шлюза 2.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Модуль вычислительной системы содержит (рис.1): сетевой контроллер-маршрутизатор 1, шлюз модуля 2, функциональные блоки 3.
Внешние входы и внешние выходы контроллера-маршрутизатора 1 (I/O1...I/On) подсоединены к разъемам. Внутренний вход и внутренний выход контроллера-маршрутизатора подсоединены, соответственно к внешнему входу и внешнему выходу шлюза 2. Шлюз модуля 2 имеет один внешний вход и один внешний выход, а также много внутренних входов и выходов. Внешний вход и внешний выход шлюза 2 подсоединены к входу и выходу контроллера-маршрутизатора 1. Внутренние выходы и входы шлюза 2 подсоединены, соответственно к входам и выходам функциональных блоков 3. Функциональные блоки 3 имеют несколько входов и выходов.
Сетевой контроллер-маршрутизатор 1 подсоединен к разъемам и обеспечивает прием и передачу информации между модулями. Информация передается между модулями в формате отдельных пакетов данных, где имеются адреса модуля-отправителя и модуля-получателя, а также адреса функционального блока-отправителя и функционального блока-получателя. Сетевой контроллер-маршрутизатор 1 определяет адрес модуля, для которого пришла информация. Если эта информация передается для данного модуля, то контроллер-маршрутизатор передает ее в шлюз модуля 2, входы и выходы которого соединены с входами и выходами функциональных блоков 3. Если эта информация передается для другого модуля, контроллер-маршрутизатор 1 передает ее на разъем, ближайший к модулю-получателю. Для маршрутизации информации между модулями используется алгоритм, аналогичный маршрутизации сообщений в компьютерной сети (например, в сети Internet).
Шлюз модуля 2 служит для распределения информации между функциональными блоками 3, входящими в состав модуля. Шлюз модуля 2 использует адреса функционального блока-отправителя и функционального блока-получателя, которые содержатся в пакете данных. Шлюз 2 обеспечивает передачу информации на вход и прием информации с выхода соответствующего функционального блока 3. Шлюз 2 необходим для мультиплексирования входов и выходов функциональных блоков 3 (если в модуле имеется несколько функциональных блоков или функциональный блок имеет больше одного входа/выхода).
Функциональный блок 3 может быть реализован как цифровое или аналоговое устройство. Если функциональный блок 3 реализован как аналоговое устройство, то все его выходы должны иметь аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а входы - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Устройство модульной вычислительной системы, отличающееся тем, что все модули имеют одинаковую форму и размер, причем модуль выполнен как объемная геометрическая фигура, у которой все грани имеют форму равностороннего n-угольника, на поверхности каждой грани имеются разъемы для соединения модулей между собой, а также для приема-передачи информации и подачи питающего напряжения.
В заявленном устройстве модуль выполнен в форме объемной геометрической фигуры, которая имеет несколько внешних граней (рис.2-4). На поверхности каждой грани 1 имеются разъемы 2 для соединения различных модулей между собой. Все грани модуля имеет одинаковую форму равносторонней геометрической фигуры (равностороннего треугольника (рис.2), квадрата (рис.3), правильного пятиугольника, правильного шестиугольника (рис.4) и т.д.). Разные модули могут иметь разную окраску или маркировку, но все модули вычислительной системы имеют одинаковую геометрическую форму и размер.
Разъем выполняет функцию фиксации и крепления модулей друг к другу, а также приема-передачи данных и подачи питающего напряжения.
Заявленное устройство модульной вычислительной системы позволяет реализовать большие нейронные сети /Л-4, 5/.
Устройство модульной вычислительной системы, на котором реализована большая нейронная сеть, отличающееся тем, что каждый модуль выполняет функции одного или нескольких фрагментов большой нейронной сети.
Устройство модульной вычислительной системы, отличающееся тем, что модули системы, образующие периферийный внешний слой нейронной сети, выполняют функции инициализации и управления сетью (включая маршрутизацию и реконфигурацию), интерфейса, в том числе - приема-передачи информации по оптоволоконным или кабельным каналам связи. Этот слой может реализовывать функции внешней памяти, где хранится полная информация о всех компонентах сети.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1. Вычислительные процессоры и системы. / Под редакцией Г.Н.Марчука. Выпуск 7. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1990. /Л.-1/
2. Левин И.И., Виневская Л.И. Модуль многопроцессорной системы. Заявка №2004136937/09, дата подачи заявки 16.12.2004, МПК G06F 15/16. /Л.-2/
3. Уваров Ю.А. Модульный электронный конструктор. Заявка на изобретение №94020058, приоритет от 19.05.1994, МПК A63F 9/24. /Л.-3/
4. Кабак И.С., Суханова Н.В. Нейронная сеть. Патент на полезную модель №66 831 опубл. 27.09.2007, Бюл. №27 /Л.-4/
5. Кабак И.С., Суханова Н.В. Доменная нейронная сеть. Заявка полезную модель №2007144359 от 03.12.2007. /Л.-5/