مقاله ZISC(Zero Instruction Set Computer) [بایگانی] - سایت علمی نخبگان جوان

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : مقاله ZISC(Zero Instruction Set Computer)

Admin

7th September 2008, 08:30 PM

ZISC ( Zero Instruction Set Computer ):

از آنجائیکه سیر تکامل تکنولوژی کامپیوتر شامل ساخت دستگاه های سودمند است و هر چند موضوعات آن شامل لیستی طولانی است ولی موضوع خوبی برای بودن آن بر روی چیپ های ZISC است و آن مراجعه به یک تکنولوژی بر پایه ی چیپ در ماشین طراحی مطلق و بدون دستورالعمل در جهت کلاسیک است.
ZISC به تکنولوژی قبلی RISC ( Reduced Instruction Set Computer ) اشاره می کند. ZISC مخفف Zero Instruction Set Computer است و یک تکنولوژی بر پایه ی یک تصور از شبکه ی عصبی مصنوعی و پردازش موازی سخت افزاری است که توسط شرکت IBM در پاریس تولید شد.
گر چه اسم معماری ZISC به اشتباه فکر هر کسی را به سمت معماری یک سیستم با سفر دستور العمل صوق می دهد ولی در حقیقت شرح مناسب این تکنولوژی چنین است.
ZISC36 اولین چیپ ِ تولید شده توسط Guy Paillet و دکتر Pascal Tahnoff و یک تیم از مهندسین IBM بود.
اولین سری ساخت Chip های ZISC حاوی 36 سلول مستقل بود که می تونست تفکری برای بافت عصبی یا پردازنده های موازی باشد.
هر یک از این سلول ها برای مقایسه کردن یک مسیر ورودی بالاتر از 64 بایت با یک مسیر همسان ذخیره شده در سلولهای حافظه طراحی شد. اگر مسیر ورودی با مسیری که در سلول های حافظه است همسان باشد ، سیستم عمل می کند و در غیر این صورت عملی انجام نمی شود.
در یک معماری موازی در اغلب زمانها چیپ ِ ZISC تمام 36 سلول از چیپ را برای مقایسه کردن حافظه ی آن در مسیر ورودی فراخوانی می کند. هنگام خروجی ، اثر چیپ ، تعدادی از سلولها را بهبود می بخشد که آن مطابق است و یا به یک رخداد نا مطابق اشاره می کند.
بازشناسائی سیلیکونی یک تکنولوژی پیرامون چیپ های ZISC را توسعه داد که PALM ( Parallel Associative Learning Memory ) نامیده می شد.
تکنولوژی PALM شامل یک سیستم کنترل و نوعی از حافظه FPGA و DRAM است با یک یا تعدادی بیشتری از چیپ های ZISC برای ساخت یک سیستم کامپیوتری مستقل سخت افزاری است.
در یک محیط ترتیبی ( Serial)، اختصاص دادن به الگوی منطیق با یک برنامه ی اساسی کامپیوتر ، بار کردن یک طرح ( الگو) داخل حافظه ، زمانی که یک الگو ذخیره شده ، در هر یک از موقعیت ها در داخل یک آرایه ی بزرگ واکشی می شود.
بعد از واکشی الگو ( Patern ) ، آن مقایسه می شود ، سپس واکشی داده شده و از موقعیت بعدی و ادامه ی پردازش انجام می شود. همچنین تعدادی از الگوهایی که شما نیاز به چک کردن رشد آن دارید ، باعث کاهش سرعت پردازش می شود.
شاید با یک کامپیوتر سریع ، ده ها و یا هزارها از الگو ها برای چک کردن در یک زمان واقعی و فراگیر ممکن باشد ولی سرانجام به یک محدودیت می رسد. این محدودیت هست ، زیرا شما نیاز دارید به جستجو کردن در همه ی مکانهای آرایه برای نگاه کردن اگر آنها مطابق هستند.
با چیپ های ZISC و تکنولوژی PALM ، سیستم موقعیت های مطابقی که نیاز به جستجو در آنها نیست را بهبود می بخشد. در عوض از جستجو در برنامه چنانچه :" در موقعیت 12 آرایه چه چیزی موجود است و آیا آن مطابق است ؟ " برنامه می شود: " مطابق موقعیت 12".
بوسیله ی حذف یک درجه از بارگذاری و مقایسه ی طرح برای هر یک از موقعیت ها ، نمایش سرعت سیستم کاهش می یابد.
اگر شما فقط به مقایسه کردن یک طرح ورودی با 36 عامل مقایسه نیاز دارید ، آن برای دیدن چگونگی محاسبه ی ZISC برای بهبود بخشیدن به یک مزیت واقعی بالاتر از محاسبه ی سنتی آن ، دشوار است. هر چند قدرت واقعی ZISC در آن مقیاس پذیر است.
یک شبکه ی ZISC می تواند با اضافه کردن مقدار بیشتری از سخت افزارهای ZISC بدون تحمل کردن کاهش سرعت در تشخیص آن بسط پیدا کند.
مطابق با تشخیص سیلیکونی ، محدودیتی تئوریک برای تعداد سلول ها در یک شبکه موجود نیست. شبکه های منظم دسته ای با بیش از 10.000 سلول نیز موجود است.
یک راه برای فهمیدن بهتر این موضوع مثال زیر است.
یک میدان ورزشی بزرگ را با 10.000 مکان نشستن برای افراد تصور کنید. اگر شما یک اطلاعیه در سیستم آدرس دهی عمومی ( اعلان عمومی ) بدهید ، همه افراد در استادیوم می شنوند و آن را به صورت مجازی در زمان یکسان و در یک روش موازی درست می توانند پردازش کنند.
در یک نمونه ی پی در پی ( Serial ) ، خبر دهنده ممکن است از صندلی به صندلی حرکت کند و تنها با یک فرد در یک زمان صحبت کند.
برای اجازه دادن ِ گفتن هدفی مثل اعلام: " مصطفی کاوه در داخل خانه است."
با پردازش موازی ، من می توانم بلافاصله ایستاده و فریاد بزنم " بخش A ، ردیف 12 ، صندلی 3" ولی در یک نسخه ی پی در پی ، پردازش خیلی آهسته است.
تا اینجا ما یک پردازش از جستجوی یک مطابقت درست برای ورود یک مسیر را توضیح دادیم. ولی چیپ های ZISC همیشه می تواند برای پیدا کردن تطابق منطقی استفاده شود. زمانی که سلول در بالای یک مرز معین ِ آتش ِ همزمان است و کنترلر در چیپ ِ جستجوگر در یک مقدار بازگشت پذیر محصور شده باشد.
برای مثال ، محل 12 ممکن است یک نمونه ی مشابه با 63/64 داشته باشد و محل 14 با 62/64 داشته باشد. در این مورد ، سیستم موقعیت 12 را به بهترین تطابق آن برگشت می دهد.
در آن نقطه ، بالاترین مرحله نرم افزار می تواند از میان روش های Automatic یا Manual اگر مطابقت مناسب باشد تصمیم بگیرد.
این تقدم ما ار داخل منطقه ای از آموزش یک سیستم پایه ای ZISC برای بهبود بخشیدن الگو صوق می دهد.
به عنوان مثال ، فرض کنید می خواهیم سیب هایمان را در یک نوار بالابر با رنگ های قرمز و سبز و زرد ، رده بندی کنیم. ما می توانیم ابتدا با برداشتن 100 سیب مختلف قرمز و ارائه دادن آن به سیستم شروع کنیم. اگر آنها مطابق یک الگوی موجود باشند ، در این صورت آنها طبق رنگ قرمز رده بندی شده اند و اگر نباشند ، ما سیستم را برای اضافه کردن یک الگو در داخل یک سلول جدید راهنمایی می کنیم. بعد می توانیم همان کار را با 100 سیب سبز و 100 سیب زرد انجام دهیم.
حالا در 100 مکان اول قرمز تعریف شده و در 100 مکان دوم سبز تعریف شده و در 100 مکان سوم زرد تعریف شده است.
حال، مبنی بر کدام مکان بازگشت چنانچه یک مطابقت باشد ، ما می توانیم رده بندی سیب هایمان را شروع کنیم. هر چند برای فرض کردن آن در نهایت این معقول است که ما می خواهیم یک سیب را که سیستم را گیج می کند بدست آوریم.
زمانی که این رخداد اتفاق می افتد ، ما می توانیم الگویی برای این سیب در یک سلول جدید اضافه کنیم و سیستم را به آن که آیا سلول جدید به قرمز ، زرد و یا سبز ارجاع داده می شود ، راهنمایی کنیم.
شما همچنین می توانید با Counter Example سیستم را راهنمایی کنید. اگر اشتباهات سیستم یک سیب سبز به ازای یک قرمز باشد، شما می توانید آن را با اضافه کردن الگویی به یک سلول جدید اصلاح کنید. سرانجام سیستم می تواند درجه ی متفاوت ، بسیار بالا از درستی را یاد بگیرد ، اگر شما بتوانید 1000 نمونه سیب برای مثال داشته باشید.
شاید شما بخواهید 300 تای اولی را به ترتیب در سیستم استفاده کنید و 700 تای بعدی را در آن تست کنید.
مشخصه هایی از چیپ ِ ZISC ،ساختن مفید آن در دو موقعیت بسیار ویژه است. اولین موقعیت ، یک موتور تشخیص دو شاخه در داخل یک کامپیوتر پایه است.
بازشناسائی سیلیکونی در حقیقت ارائه ی مناسب به کارتهای PCI ، ISA و VME این توصیف است. در این محیط ، چیپ های ZISC برای حذف تنشخیص کارکرد ، برای یک کامپیوتر همه منظوره ( General – Purpose ) استفاده می شوند.
دومین کاربرد این است که شما کجا نیاز به الزام تشخیص به یک کارکرد ویژه دارید . چون شروع کنترل توسط یک کامپیوتر با اندازه ی معمولی نیست.
برای این نوع استفاده از بازشناسائی سیلیکونی عرضه ی SIM های 84 پین ( Single Inline Modules ) که آن هر یک شامل 3 یا 6 چیپ ِ ZISC با بیش از 216 پردازشگر است.
شرکت سازنده ، یک مثال از جهان واقعی از این نوع کاربرد را در صنعت کشاورزی بهبود بخشید و یک سیستم کامپیوتری در برابر سمپاشها ایجاد کرد.
یک سیستم توسعه داده شده و یک دوربین در یک دستگاه آنجا بود که آن دوازده ردیف از محصول را در یک زمان پوشش می داد و 12 اسپری ( افشانه ) در دهانه ی اتصال هر یک از ردیف ها وجود داشت.
حرکت تقریبآ در دو مایل در ساعت بود ، دوربین در حال گرفتن بود و چیپ های ZISC تصمیم گیرنده بودند که اگر سر اسپری بالای سر زمین ِ محصول یا علف هرز باشد ، چه عملی باید انجام شود.
اگر بالای سر علف های هرز بود سر اسپری فعال می شد. در این صورت پیرامون یک کامپیوتر با اندازه ی طبیعی در همان دم مورد استفاده قرار نمی گرفت.
در اینجا تعدادی از کاربردهای چیپ های ZISC بصورت مثال ذکر می شوند.
- اگر الگوی شما مشخص باشد ، دستیابی مسلم به نرم افزار یا یک موقعیت ویژه می تواند باشد. اگر در این تکنولوژی اطلاعات توسط یک دوربین ثبت شود ، وقتی شما به در خانه ی خود نزدیک شوید در خانه بخ صورت اتوماتیک برای شما باز خواهد شد.
- نمایش زمان واقعی مناطق دیگر ، تقاضای درست به چیپ های ZISC است.
- در فرانسه ، یک سیستم برای شمارش تعدادی از مردم یک منطقه بخصوص طی چند روز مورد استفاده قرار گرفت و بعد از اینکه سیستم مدتی مطالعه را ادامه داد برای مثال توانست تفاوت را میان یک سر و یک کوله پشتی را تشخیص دهد.
- در آزمایشگاه های Lawrencelivemore ، ZISC برای بررسی کردن نورهای خروجی از یک سیستم بزرگ لیزری مورد استفاده قرار گرفت. هر زمان که لیزر شلیک میشد ، نورها برای شکافها و دیگر عیوب چک می شد.
دستگاه های سیستم وابسته به مقدار جستجو بودند ، البته اگر برای شلیک دوباره ی لیزر ایمن بمانند.
در کاربردهای اینچنینی ، پردازش های دو گانه ای مطابق ZISC ِ ساخته شده مورد استفاده است.
ممکن است عیب لیزر را برای آتش بیش از یک بار یا فقط دو بار پذیرفته باشد ، چون واکنش به یک محدوده از تطابق وابسته است.
هنگامیکه تکنولوژی پیشرفت می کند ، انتظار داریم چیپ های ZISC سلولهای بیشتری را نگه دارند و با سرعت بیشتری کار کنند و ما نیز پول کمتری بابت آن پرداخت کنیم.
نسل چیپ های ZISC36 با استفاده از تکنولوژی 1 میکرون توسط IBM توسعه پیدا کردند.
امروزه چیپ ZISC شامل 78 رشته ی عصبی در هر چیپ است و می تواند یک تطابق را در میان 1.000.000 الگو در یک ثانیه جستجو کند و عملیاتی معادل 50 Mhz را انجام دهد.
در تولید های آینده این چیپ شامل 1000 رشته ی عصبی یا بیشتر خواهد بود و ممکن است سرعت مطمئنی بالاتر از 100 Mhz را پشتیبانی کند.
تولید این محصولات ِ بازشناسائی سیلیکونی تقریبآ با 1000 $ برای یک بورد با یک چیپ ِ ZISC شروع شد.
از CISC به RISC و حالا به ZISC ... صفر در این معماری هیچگاه عدد مهمی نبوده است.
در آگوست سال 2007 ، Anne mendez و Guy Paillet با موفقیت CM1K ( Cogni Mem 1024 neurons ) را منتشر کردند.
CM1K یک تعامل قدرتمند از ZISC است.
رشته های عصبی چیپ های CM1K ، 256 بایت در مقابل 64 بایت و تکنولوژی آن 0.13 میکرون با طول عمر 8x8 mm است.