Asynchronous Computing: Unterschied zwischen den Versionen
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Beim „asynchrones computing" folgen die Berechnungsprozesse der verschiedenen Systemteile des Computers nicht wie gewöhnlich dem Takt bzw | Beim „asynchrones computing" folgen die Berechnungsprozesse der verschiedenen Systemteile des Computers nicht wie gewöhnlich dem Takt bzw. der Frequenz des Master Clock Signals, sondern ihrem eigenen Takt. Bereits Alan Turing dachte über die Möglichkeit asynchroner Rechenprozesse nach, dieser Gedanke wurde wegen leichterer Realisierbarkeit von getakteten Systemen von ihm und anderen jedoch nicht nachgegangen. Synchrone Systeme arbeiten mit einem einzigen Taktgeber, der dem Computer seine diskrete Zeit gibt. Die von Neumann sogenannte Clock "provides certain stimuli that are necessary for it's functioning at definite periodically recurrent moments"<ref>John von Neumann, First Kraft of a Report on the EDVAC, 1945, S.5 http://www.virtualtravelog.net/wp/wp-content/media/2003-08-TheFirstDraft.pdf [Zugriff 13.10.2017]</ref> Die Clock erzeugt den Takt in dem alle Schaltvorgänge des Computers vor sich gehen. Diese Taktsignale werden von einem winzigen Kristalloszillators in der Maschine koordiniert. Diese Schaltfrequenz muss so gewählt werden, dass das langsamste Bauteil des Computer mit ihr arbeiten kann. Das heißt einerseits, schnellere Systemteile müssen "warten"; andererseits, Prozesse werden zum festen Takt abgefragt, auch wenn diese noch kein "Ergebnis"haben. Hohe Taktraten führen zu Stabilitätsproblemen, wenn im Zeitintervall ein Ergebnis erwartet wurde, aber nicht zur Verfügung steht. Zusätzlich kommt die Laufgeschwindigkeit der Zeitsignale hinzu, die mit dem Anwachsen der Rechengeschwindigkeit nicht Schritthalten konnte. "In der Zeit, die ein Signal von einem Ende des Chips zum anderen braucht, könnte ein moderner Transistor bereits mehrere elementare Arbeitsschritte vollenden. Damit dieser Geschwindigkeitsvorteil unter einem zentralen Taktgeber nicht verloren geht, ist sorgfältige Planung erforderlich – und ziemlich viel elektrische Leistung, die sich in einer entsprechenden Wärmeentwicklung bemerkbar macht."<ref>Ivan E. Sutherland / Jo Ebergen, Taktlose Computer, in: Spektrum Wissenschaft. Dossier Supercomputing, Februar 2007. W. 38 - 44. S.44</ref> | ||
Beim Asynchronous Computing setzten die Bearbeitungsschritte nicht synchron zur Master Clock ein, sondern bemessen sich asynchron an der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Systems. Erst wenn bestimmte Vorbedingungen für den nächsten Schritt erfüllt sind und gewünschte Eingangsdaten | Beim Asynchronous Computing setzten die Bearbeitungsschritte nicht synchron zur Master Clock ein, sondern bemessen sich asynchron an der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Systems. Erst wenn bestimmte Vorbedingungen für den nächsten Schritt erfüllt sind und gewünschte Eingangsdaten vorliegen, wird der nächste Schritt eingeleitet. Das Einleiten des nächsten Schritts erfolgt also aus der tatsächlich benötigten Zeit, die die jeweiligen Schritte benötigen. Jedes Element arbeitet folglich im eigenen Takt. So kann die Taktzeit abhängig von der benötigten Dauer von Systemteilen verkürzt oder verlängert werden. Da nicht auf die Taktfrequenz, das Zeitzeichen "gewartet", wird sondern auf Vorbedingungen, dauern umkomplexere Vorgänge kürzer, komplexerer Vorgänge länger. Hierdurch hängt die Geschwindigkeit der Rechenprozesse nicht mehr vom langsamsten Teil, sonder von der durchschnittlichen Dauer ab. Die Systeme koordinieren sich hierzu lokal um festzustellen, ob die Bedienungen erfüllt oder die Eingangsdaten vorhanden sind. Dies wird unter anderem mit Hilfe von "Rendezvous" und "Arbiter" Schaltkreisen bewerkstelligt. So haben beispielsweise eine Art der Rendezvous-Schaltkreise namens Muller-C-Elemente die Eigenschaft, zwei Eingänge und einen Ausgang zu haben. Nur wenn beide Eingänge den gleichen Wert (also 1-1 oder 0-0) haben, verändert sich sich das Ausgangssignal. Eine Arbiter-Schaltkreis sorgt dafür, dass zu einem Zeitpunkt nie mehr als einer Anforderung stattgegeben wird. Er bringt die Zugriffe nach bestimmten Bedienungen in Reihenfolge. Mit solchen Bauteilen lässt sich, wenn auch viel komplexer als hier dargestellt und mit erheblichen Aufwand, ein asynchrones System verwirklichen. | ||
Hierdurch ist es möglich, dass ein asynchrones System | Hierdurch ist es möglich, dass ein asynchrones System schneller ist, als ein getaktetes. Hinzu kommt ein geringer Stromverbrauch. Durch den Wegall des Zeitsignals, welches bei getakteten Systemen erheblichen Anteil am Energieverbrauch hat, da es konstant im Dauerbetrieb ist, ob genutzt oder nicht,verbrauchen die ruhenden Elemente keine Energie. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Radiowelleninterferenz. Synchrone Systeme senden ein starkes Radiosignal welches abgeschirmt werden muss um andere Systeme nicht zu stören. Auf einzelnen Frequenzen fallen so weniger ungewollte Strahlungen an. | ||
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Version vom 13. Oktober 2017, 15:46 Uhr
Begriff
Beim „asynchrones computing" folgen die Berechnungsprozesse der verschiedenen Systemteile des Computers nicht wie gewöhnlich dem Takt bzw. der Frequenz des Master Clock Signals, sondern ihrem eigenen Takt. Bereits Alan Turing dachte über die Möglichkeit asynchroner Rechenprozesse nach, dieser Gedanke wurde wegen leichterer Realisierbarkeit von getakteten Systemen von ihm und anderen jedoch nicht nachgegangen. Synchrone Systeme arbeiten mit einem einzigen Taktgeber, der dem Computer seine diskrete Zeit gibt. Die von Neumann sogenannte Clock "provides certain stimuli that are necessary for it's functioning at definite periodically recurrent moments"[1] Die Clock erzeugt den Takt in dem alle Schaltvorgänge des Computers vor sich gehen. Diese Taktsignale werden von einem winzigen Kristalloszillators in der Maschine koordiniert. Diese Schaltfrequenz muss so gewählt werden, dass das langsamste Bauteil des Computer mit ihr arbeiten kann. Das heißt einerseits, schnellere Systemteile müssen "warten"; andererseits, Prozesse werden zum festen Takt abgefragt, auch wenn diese noch kein "Ergebnis"haben. Hohe Taktraten führen zu Stabilitätsproblemen, wenn im Zeitintervall ein Ergebnis erwartet wurde, aber nicht zur Verfügung steht. Zusätzlich kommt die Laufgeschwindigkeit der Zeitsignale hinzu, die mit dem Anwachsen der Rechengeschwindigkeit nicht Schritthalten konnte. "In der Zeit, die ein Signal von einem Ende des Chips zum anderen braucht, könnte ein moderner Transistor bereits mehrere elementare Arbeitsschritte vollenden. Damit dieser Geschwindigkeitsvorteil unter einem zentralen Taktgeber nicht verloren geht, ist sorgfältige Planung erforderlich – und ziemlich viel elektrische Leistung, die sich in einer entsprechenden Wärmeentwicklung bemerkbar macht."[2]
Beim Asynchronous Computing setzten die Bearbeitungsschritte nicht synchron zur Master Clock ein, sondern bemessen sich asynchron an der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Systems. Erst wenn bestimmte Vorbedingungen für den nächsten Schritt erfüllt sind und gewünschte Eingangsdaten vorliegen, wird der nächste Schritt eingeleitet. Das Einleiten des nächsten Schritts erfolgt also aus der tatsächlich benötigten Zeit, die die jeweiligen Schritte benötigen. Jedes Element arbeitet folglich im eigenen Takt. So kann die Taktzeit abhängig von der benötigten Dauer von Systemteilen verkürzt oder verlängert werden. Da nicht auf die Taktfrequenz, das Zeitzeichen "gewartet", wird sondern auf Vorbedingungen, dauern umkomplexere Vorgänge kürzer, komplexerer Vorgänge länger. Hierdurch hängt die Geschwindigkeit der Rechenprozesse nicht mehr vom langsamsten Teil, sonder von der durchschnittlichen Dauer ab. Die Systeme koordinieren sich hierzu lokal um festzustellen, ob die Bedienungen erfüllt oder die Eingangsdaten vorhanden sind. Dies wird unter anderem mit Hilfe von "Rendezvous" und "Arbiter" Schaltkreisen bewerkstelligt. So haben beispielsweise eine Art der Rendezvous-Schaltkreise namens Muller-C-Elemente die Eigenschaft, zwei Eingänge und einen Ausgang zu haben. Nur wenn beide Eingänge den gleichen Wert (also 1-1 oder 0-0) haben, verändert sich sich das Ausgangssignal. Eine Arbiter-Schaltkreis sorgt dafür, dass zu einem Zeitpunkt nie mehr als einer Anforderung stattgegeben wird. Er bringt die Zugriffe nach bestimmten Bedienungen in Reihenfolge. Mit solchen Bauteilen lässt sich, wenn auch viel komplexer als hier dargestellt und mit erheblichen Aufwand, ein asynchrones System verwirklichen.
Hierdurch ist es möglich, dass ein asynchrones System schneller ist, als ein getaktetes. Hinzu kommt ein geringer Stromverbrauch. Durch den Wegall des Zeitsignals, welches bei getakteten Systemen erheblichen Anteil am Energieverbrauch hat, da es konstant im Dauerbetrieb ist, ob genutzt oder nicht,verbrauchen die ruhenden Elemente keine Energie. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Radiowelleninterferenz. Synchrone Systeme senden ein starkes Radiosignal welches abgeschirmt werden muss um andere Systeme nicht zu stören. Auf einzelnen Frequenzen fallen so weniger ungewollte Strahlungen an.
Medienwissenschaftliche Perspektive
Artefakte
Weiterführendes
Textverweise
(nur einfügen, wenn man Fußnoten im Text hat…. und dann nichts selbst runterschreiben)
- ↑ John von Neumann, First Kraft of a Report on the EDVAC, 1945, S.5 http://www.virtualtravelog.net/wp/wp-content/media/2003-08-TheFirstDraft.pdf [Zugriff 13.10.2017]
- ↑ Ivan E. Sutherland / Jo Ebergen, Taktlose Computer, in: Spektrum Wissenschaft. Dossier Supercomputing, Februar 2007. W. 38 - 44. S.44