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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche zur Steuerung der Verarbeitung
von Datenwörtern
eines Datenstroms ausgelegt ist.
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In
Datennetzen werden häufig
Datenströme übertragen,
die Datenwörter
enthalten, welche von unterschiedlichen Datenquellen stammen. Die
Datenwörter
der verschiedenen Datenquellen sind dabei in einem Datenstrom sequentiell
angeordnet. Die Datenwörter
werden in der Reihenfolge, in der sie in dem Datenstrom vorliegen,
einer Verarbeitung zugeführt.
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Bei
der Verarbeitung der Datenwörter
kann es sich um die Ausführung
sehr einfacher, leichtgewichtiger Befehle handeln. Eine vorgegebene
Abfolge derartiger Befehle wird als Thread bezeichnet. Bei der Verarbeitung
der Datenwörter
eines Datenstroms werden in der Regel verschiedene Threads abgearbeitet.
Welcher Thread zu einem Zeitpunkt abgearbeitet wird, hängt in der
Regel von Eigenschaften des Datenworts ab, das zu diesem Zeitpunkt
an der vordersten Stelle des Datenstroms steht. Insbesondere hängt die
Wahl des Threads von der Datenquelle ab, von welcher das zu verarbeitende
Datenwort stammt. Dazu sind die Datenwörter häufig mit einer Identifikationsnummer
versehen, welche ihre jeweilige Datenquelle kennzeichnet. Anhand
dieser Identifikationsnummer kann u. a. der zugeordnete Thread identifiziert
werden.
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Jedem
Thread ist ein eigener Kontext zugewiesen. Der Kontext enthält Informationen über den
Zustand, in dem sich die Abarbeitung des Threads zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt
befindet. Vor Beginn der Ausführung
eines Threads kann in den dem Kontext zugeordneten Registern beispielsweise
der erste in dem Thread auszuführende
Befehl abgelegt sein. Nach Beginn der Ausführung des Threads können diese
Register mit den jeweils aktuellen Befehlen des Threads überschrieben
werden.
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Zur
Verarbeitung der Datenwörter
wird eine Vorrichtung benötigt,
die dem eingehenden Datenwort den jeweils für es vorgesehenen Befehl aus
dem entsprechenden Thread zuordnet und diesen Befehl decodiert, so
dass einem dieser Vorrichtung nachgeschalteten Bauelement, welches
die eigentliche Verarbeitung des Datenworts vornimmt, Steuersignale
für die
Verarbeitung zugeführt
werden können.
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Herkömmliche
Vorrichtungen, die den vorstehend genannten Zweck erfüllen, beruhen
entweder auf Software-Lösungen,
die auf einem Digitalsignalprozessor ablaufen, oder auf Hardware-Lösungen. Software-Lösungen sind
jedoch für
Byte-weises Prozessieren eher ineffizient. Hardware-Lösungen weisen
den Nachteil einer geringen Flexibilität hinsichtlich Protokolländerungen
auf.
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Aus
den Schriften
US
2002/0069393 A1 und
US
5,974,538 A sind Vorrichtungen bekannt, die einer Steuerung
der Verarbeitung von Datenwörtern
dienen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Steuerung der Verarbeitung
von Datenwörtern
eines Datenstroms zu schaffen, welche eine hohe Effizienz und eine
hohe Flexibilität
aufweist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient zur Steuerung der Verarbeitung von Datenwörtern und umfasst eine erste
Einheit, eine zweite Einheit und eine dritte Einheit. In die erfindungsgemäße Vorrichtung
geht zu einem Zeitpunkt nicht mehr als ein Datenwort ein. Jedem
Datenwort ist ein Thread zugeordnet.
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In
der ersten Einheit ist der Kontext zu jedem Thread abgelegt. Während eines
ersten Taktzyklus wird von der ersten Einheit ein Befehl, der in
dem Kontext des dem eingehenden Datenwort zugeordneten Threads abgelegt
ist, bereitgestellt.
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Die
zweite Einheit stellt während
eines zweiten Taktzyklus einen Befehl bereit, welcher in der Reihenfolge
der Befehle eines vorgegebenen Threads einem vorgegebenen Befehl
nachfolgt.
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Die
dritte Einheit decodiert während
des zweiten Taktzyklus den Befehl, der zur Verarbeitung des Datenworts
vorgesehen ist, und generiert ein Steuersignal für die Verarbeitung des Datenworts.
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Der
Befehl, der zur Verarbeitung des Datenworts vorgesehen ist, kann
der dritten Einheit in einem vorhergehenden Taktzyklus von der ersten
oder der zweiten Einheit zugeführt
worden sein. Ferner kann dieser Befehl anhand einer vorgegebenen
Reihenfolge von Befehlen oder aufgrund eines Bedingungs-Algorithmus ermittelt
worden sein.
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Das
von der dritten Einheit generierte Steuersignal kann zusammen mit
dem Datenwort an ein der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgeschaltetes
Bauelement weitergeleitet werden, sodass in dem nachgeschalteten
Bauelement die eigentliche Verarbeitung des Datenworts vorgenommen
werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
die Steuerung der Datenwortverarbeitung auf eine wesentlich effizientere
Weise, als dies mit einem Digitalsignalprozessor möglich ist.
Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein hohes Maß an
Flexibilität
auf, da viele Parameter, die zum Betrieb der Vorrichtung beitragen,
vorgebbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
arbeitet nach dem Prinzip einer Data-Flow-Maschine (data driven). Dies
bedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
nur dann mit der Verarbeitung fortsetzt, wenn eine neues Datenwort
in die Vorrichtung eingeht. Im Gegensatz zu einer Data-Flow-Maschine
arbeitet eine Von-Neumann-Maschine sequentiell mit jedem Taktzyklus.
Dies ist unabhängig
davon, ob eine neues Datenwort vorliegt oder nicht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist so ausgelegt, dass stets der für die Verarbeitung eines Datenworts
benötigte
Befehl vorliegt. Dies ist auch dann der Fall, wenn aufgrund eines
Threadwechsels ein neuer Kontext aktiviert werden muss. Somit ermöglicht die
erfindungsgemäße Vorrichtung
die Verarbeitung der eingehenden Datenwörter unter Vermeidung eines
Datenstaus (bubble free). Dieses Merkmal weisen die bekannten Multi-Reading-Maschinen
nicht auf.
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Erfindungsgemäß ist der
von der zweiten Einheit bereitgestellte Befehl der Befehl, der in
dem vorgegebenen Thread unmittelbar dem vorgegebenen Befehl nachfolgt.
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Zu
dem vorstehend genannten Zweck wird die zweite Einheit erfindungsgemäß mit dem
Inkrement eines Zählwerts
und einem Identifikationswert, welcher einen Thread bezeichnet,
gespeist. Anhand des Inkrements und des Identifikationswerts ermittelt
die zweite Einheit den Befehl, der in dem durch den Identifikationswert
bezeichneten Thread die durch das Inkrement bezeichnete Position
einnimmt.
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Diese
Arbeitsweise der zweiten Einheit hat den Vorteil, dass von ihr stets
der Befehl, der in dem betreffenden Thread dem gerade verwendeten
Befehl nachfolgt, bereitgestellt wird. Sollte dieser Befehl in dem nachfolgenden
Taktzyklus benötigt
werden, steht er ohne Verzögerung
zur Verfügung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird von der ersten Einheit
der Kontext des Threads, der dem in die Vorrichtung eingehenden
Datenwort zugeordnet ist, akti viert, sofern sich das vorhergehende
Datenwort auf einen anderen Thread bezog.
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In
diesem Fall stellt die erste Einheit vorzugsweise einen in dem aktivierten
Kontext angegebenen Befehl des Threads bereit. Dieser Befehl, welcher
insbesondere der erste Befehl des Threads sein kann, wird an die
dritte Einheit zur Decodierung weitergeleitet. Der zweiten Einheit
wird von der ersten Einheit das Inkrement der Position, welche der
von ihr bereitgestellte Befehl in dem Thread einnimmt, übermittelt.
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Vorteilhafterweise
ermittelt die zweite Einheit anhand des erhaltenen Inkrements den
Befehl, der in dem Thread dem von der ersten Einheit bereitgestellten
Befehl unmittelbar nachfolgt.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
für nacheinander
in die Vorrichtung eingehende Datenwörter, denen derselbe Thread
zugeordnet ist, solange derselbe Befehl verwendet wird, bis eine
vorgegebene Bedingung erfüllt
ist.
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Während der
Wiederholung eines Befehls kann beispielsweise in der dritten Einheit
stets dasselbe Steuersignal generiert werden.
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Des
Weiteren kann vorteilhafterweise die Anzahl der Wiederholungen eines
Befehls durch einen Wert vorgegeben sein. Dieser Wert wird bei jeder
Wiederholung des Befehls durch die dritte Einheit dekrementiert. Sobald
der Wert gleich Null ist, werden die Wiederholungen abgebrochen.
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Eine
weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass nach der Erfüllung der vorgegebenen Bedingung
für die
Verarbeitung des als Nächstes
in die Vorrichtung eingehenden Datenworts ein vorgegebener Be fehl
innerhalb des Threads verwendet wird, falls diesem Datenwort der
bereits aktivierte Thread zugeordnet ist.
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Dabei
erfolgt die Abfrage nach der Erfüllung
der vorgegebenen Bedingung vorzugsweise in der dritten Einheit.
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Der
vorgegebene Befehl, zu dem nach der Erfüllung der vorgegebenen Bedingung
gesprungen wird, kann beispielsweise der von der zweiten Einheit
bereitgestellte Befehl sein.
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Durch
eine Verbindungsleitung zur Datenübertragung zwischen der zweiten
Einheit und der dritten Einheit ist der von der zweiten Einheit
bereitgestellte Befehl vorzugsweise ohne Verzögerungen an die dritte Einheit übermittelbar.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass der von der zweiten Einheit bereitgestellte
Befehl auch an die erste Einheit übermittelt wird und dort in
dem Kontext abgelegt wird.
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Alternativ
zu dem von der zweiten Einheit bereitgestellten Befehl kann nach
der Erfüllung
der vorgegebenen Bedingung zu einem Befehl, der in der ersten Einheit
abgelegt ist, gesprungen werden. Dieser wird dann an die dritte
Einheit zur Decodierung weitergeleitet.
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Um
aus der ersten Einheit einen Befehl auszuwählen, wird vorzugsweise nach
der Erfüllung
der vorgegebenen Bedingung von der dritten Einheit eine Anweisung
an die erste Einheit übermittelt,
welche besagt, welcher Befehl bereitgestellt werden soll.
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Die
vorgegebene Bedingung, deren Erfüllung
zum Abbruch der Wiederholungen eines Befehls führt, kann beispielsweise durch
ein von außerhalb
der Vorrichtung steuerbares Signal oder durch ein bestimmtes in die
Vorrichtung eingehendes Datenwort oder durch einen bestimmten Zustand
des betreffenden Threads oder durch einen bestimmten abzuarbeitenden
Befehl erfüllt
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch einen
Programmspeicher gekennzeichnet, in welchem die Befehle zur Verarbeitung
von Datenwörtern
abgelegt sind. Ferner ist in dem Programmspeicher zu jedem Befehl
eine Angabe dazu abgelegt, auf wie viele Datenwörter der betreffende Befehl
angewendet werden soll. Der Programmspeicher kann in einer der drei
Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angeordnet sein. Insbesondere kann der Programmspeicher Programmzeilen
aufweisen, in denen jeweils ein Befehl und die zugehörige Angabe
bezüglich
der Wiederholungsanzahl abgelegt sind.
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Vorteilhafterweise
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
zwei hintereinander geschaltete Verzögerungseinheiten, welche das
Datenwort jeweils um einen Taktzyklus verzögern. Da die Vorrichtung zwei
Taktzyklen benötigt,
um das Steuersignal für
die Verarbeitung des Datenworts zu generieren, wird durch die beiden Verzögerungseinheiten
gewährleistet,
dass das Datenwort und das Steuersignal zeitgleich bei einem der
Vorrichtung nachgeschalteten Bauelement eintreffen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt die einzige Figur ein schematisches Schaltbild
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In
der Figur ist eine Vorrichtung 1 gezeigt, welche eine Kontext-Umschalt-Einheit
CS (context switch), eine Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF (instruction
fetch), eine Befehls-Decodierungs-Einheit
ID (instruction decoding), Verzögerungsglieder
D1, D2 und D3 sowie Multiplexer MUX1, MUX2 und MUX3 aufweist.
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Die
vorstehend genannten Bauelemente der Vorrichtung 1 weisen
jeweils Eingänge
und Ausgänge
zur Kommunikation mit den übrigen
Bauelementen bzw. zur Steuerung auf. Diese Ein- und Ausgänge werden
im Folgenden beschrieben.
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Die
Kontext-Umschalt-Einheit CS weist Eingänge für einen Kontextidentifikationswert
context_id_i, ein Zustandswort id_state_s, einen Kontextidentifikationswert
if_context_id_s, ein Befehlssatzdatenwort wb_ir_s, einen spekulativen
Zählwert
id_spc_s und ein Steuersignal cs_store_s auf. Ausgangsseitig gibt
die Kontext-Umschalt-Einheit CS einen spekulativen Zählwert cs_spc_s,
ein Befehlssatzdatenwort cs_ir_s und ein Zustandswort cs_state_s
aus.
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Die
Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF weist zwei eingangsseitige Verbindungen
zu den Ausgängen des
Multiplexers MUX1 auf. An ihren Ausgängen gibt die Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF ein Befehlssatzdatenwort
if_ir_s und einen Kontextidentifikationswert if_context_id_s aus.
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Die
Befehls-Decodierungs-Einheit ID weist zwei eingangsseitige Verbindungen
zu den Ausgängen
des Multiplexers MUX2 und jeweils eine eingangsseitige Verbindung
zu einem Ausgang des Multiplexers MUX1 und zu dem Ausgang des Verzögerungsglieds
D2 auf. Ferner speisen die Kontextidentifikationswerte if_context_id_
und cs_context_id_s sowie ein Nutzdatenwort data_s die Befehls-Decodierungs-Einheit
ID. An ihren Ausgängen
gibt die Befehls-Decodierungs-Einheit ID den spekulativen Zählwert id_spc_s,
das Steuersignal cs_store_s, ein Steuersignal cs_ir_select_s, ein
Befehlssatzdatenwort id_ir_s, das Zustandswort id_state_s, das Steuersignal
if_source_s und ein Steuersignal dec_o aus.
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An
die Eingänge
des Multiplexers MUX1 sind die Leitungen für den spekulativen Zählwert id_spc_s, den
Kontextidentifikationswert if_context_id_s, den spekulativen Zählwert cs_spc_s
und den Kontextidentifikationswert cs_context_id_s geschal tet. Ein
Steuereingang des Multiplexers MUX1 ist mit dem Steuersignal if_source_s
beaufschlagt.
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An
die Eingänge
des Multiplexers MUX2 sind Leitungen für das Befehlssatzdatenwort
if_ir_s, das Zustandswort id_state_s, das Befehlssatzdatenwort cs_ir_s
und das Zustandswort cs_state_s geschaltet. Ein Steuereingang des
Multiplexers MUX2 ist mit dem Steuersignal if_source_s beaufschlagt.
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Der
Multiplexer MUX3 wird eingangsseitig von den Befehlssatzdatenwortern
if_ir_s und id_ir_s gespeist und gibt ausgangsseitig das Befehlssatzdatenwort
wb_ir_s aus. Der Multiplexer MUX3 wird von dem Steuersignal cs_ir_select_s
gesteuert.
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Das
Verzögerungsglied
D1 wird eingangsseitig von dem Kontextidentifikationswert context_id_i
gespeist und gibt ausgangsseitig den Kontextidentifikationswert
cs_context_id_s aus.
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Das
Verzögerungsglied
D2 wird von einem Nutzdatenwort data_i gespeist und gibt ausgangsseitig
das Nutzdatenwort data_s aus, mit welchem das Verzögerungsglied
D3 gespeist wird. Das Verzögerungsglied
D3 gibt ein Nutzdatenwort data_o aus.
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Ein
Taktsignal clk_i speist die Kontext-Umschalt-Einheit CS, die Befehls-Bereitstellungs-Einheit
IF, die Befehls-Decodierungs-Einheit
ID und die Verzögerungsglieder
D1, D2 und D3.
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Im
Folgenden wird die grundsätzliche
Funktionsweise der einzelnen Bauelemente der Vorrichtung 1 beschrieben.
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Die
Nutzdatenwörter
data_i, deren Verarbeitung durch die Vorrichtung 1 gesteuert
wird, stammen ursprünglich
von verschiedenen Datenquellen und gehen in die Vorrichtung 1 seriell
ein. Der Eingang der Nutzdatenwörter
data_i in die Vorrichtung 1 ist derart ausgelegt, dass
nicht mehr als ein Nutzda tenwort data_i in einem Taktzyklus zur
Verarbeitung zur Verfügung
steht.
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Jede
Datenquelle ist einem Thread zugeordnet, wobei jeder Thread seinen
eigenen Kontext besitzt. Durch den Kontextidentifikationswert context_id
i wird der Kontext-Umschalt-Einheit
CS mitgeteilt, zu welchem Kontext das zur Verarbeitung bereitstehende
Nutzdatenwort data_i gehört.
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Die
Kontext-Umschalt-Einheit CS enthält
einen Speicher, in welchem die Informationen über den Kontext jedes Threads
und der erste Befehl jedes Threads abgelegt sind. Ferner sind in
den Speicherregistern jedes Kontexts weitere Befehle abgelegt, auf
die durch einen erzwungenen Sprung zugegriffen werden kann. Durch
den Kontextidentifikationswert context_id_i wird in der Kontext-Umschalt-Einheit
CS der Kontext und der erste Befehl desjenigen Threads aktiviert,
auf den sich das Nutzdatenwort data_i bezieht.
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Von
der Kontext-Umschalt-Einheit CS wird mittels des Befehlssatzdatenworts
cs_ir_s der Befehl an die Befehls-Decodierungs-Einheit ID übermittelt,
durch welchen der auszuführende
Verarbeitungsschritt des Nutzdatenworts data_i bestimmt ist. Ferner
erhält
die Befehls-Decodierungs-Einheit ID durch das Zustandswort cs_state_s
weitere Informationen, die in den betreffenden Registern des Kontexts
abgelegt sind und sich auf den aktuellen Zustand des zum Ablauf
vorgesehenen Programms beziehen.
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Damit
das Befehlssatzdatenwort cs_ir_s und das Zustandswort cs_state_s
die Befehls-Decodierungs-Einheit ID erreichen, muss sich der Multiplexer
MUX2 in dem logischen Zustand 0 befinden. Dazu muss das Steuersignal
if_source_s deaktiviert sein.
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Ferner
geht in die Befehls-Decodierungs-Einheit ID der Kontextidentifikationswert
cs_context_id_s ein, welcher dem um einen Taktzyklus verzögerten Kontextidentifikationswert
context_id_i entspricht.
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Der
durch das Befehlssatzdatenwort cs_ir_s übermittelte Befehl wird von
der Befehls-Dekodierungs-Einheit ID decodiert. Als Ergebnis der
Decodierung wird das Steuersignal dec_o von der Befehls-Decodierungs-Einheit
ID ausgegeben. Das Steuersignal dec_o stellt ein Ausgangssignal
der Vorrichtung 1 dar und dient dazu, eine Einheit, die
der Vorrichtung 1 nachgeschaltet ist und in der die von
der Vorrichtung 1 verarbeiteten Befehle ausgeführt werden
sollen, zu steuern.
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Des
Weiteren werden von der Befehls-Decodierungs-Einheit ID das Steuersignal
cs_store_s, der spekulative Zählwert
id_spc_s, das Zustandswort id_state_s und das Befehlssatzdatenwort
id_ir_s an die Kontext-Umschalt-Einheit CS übermittelt. Für die Übermittlung
des Befehlssatzdatenworts id_ir_s muss der Multiplexer MUX3 auf
den logischen Zustand 0 geschaltet sein. Dazu wird das Steuersignal
cs_ir_select_s von der Befehls-Decodierungs-Einheit ID deaktiviert.
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Mittels
des Steuersignals cs_store_s wird der Kontext-Umschalt-Einheit CS mitgeteilt, dass
Daten von der Befehls-Decodierungs-Einheit
ID oder von der Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF an die Kontext-Umschalt-Einheit
CS weitergegeben werden und dort abgespeichert werden sollen.
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Auf
den spekulativen Zählwert
id_spc_s wird weiter unten näher
eingegangen.
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Das
Zustandswort id_state_s enthält
Informationen über
den Zustand, in welchem sich die Abarbeitung des Threads am Ausgang
der Befehls-Decodierungs-Einheit ID befindet.
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Das
Befehlssatzdatenwort id_ir_s beinhaltet Informationen, um die Register,
die den Befehlssatz des gegenwärtig
aktivierten Threads enthalten, zu überschreiben.
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Die
Befehls-Decodierungs-Einheit ID generiert ferner das Steuersignal
if_source_s, mit welchem die Multiplexer MUX1 und MUX2 gesteuert
werden.
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Die
Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF erhält den spekulativen Zählwert cs_spc_s
und den Kontextidentifikationswert cs_context_id_s, sofern sich
der Multiplexer MUX1 in dem logischen Zustand 0 befindet. Dazu muss
das Steuersignal if_source_s deaktiviert sein.
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Auf
den spekulativen Zählwert
cs_spc_s wird weiter unten näher
eingegangen.
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Die
Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF enthält einen Programmspeicher.
Anhand des spekulativen Zählwerts
cs_spc_s und des Kontextidentifikationswerts cs_context_id_s wird
der Befehlssatz aus dem Programmspeicher ausgewählt, welcher möglicherweise
in dem nächsten
Taktzyklus benötigt
wird. Dieser Befehlssatz kann mittels des Befehlssatzdatenworts
if_ir_s in Form eines Maschinencodes an die Kontext-Umschalt-Einheit
CS und an die Befehls-Decodierungs-Einheit ID weitergeleitet werden.
Zur Weiterleitung des Befehlssatzdatenworts if_ir_s an die Kontext-Umschalt-Einheit
CS muss das Steuersignal cs_ir_select_s aktiviert sein, damit sich
der Multiplexer MUX3 in dem logischen Zustand 1 befindet.
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Ferner
wird von der Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF der Kontextidentifikationswert
if_context_id_s ausgegeben. Der Kontextidentifikationswert if_context_id_s
entspricht dem um einen Taktzyklus verzögerten Kontextidentifikationswert
cs_context_id_s.
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Nachfolgend
werden das Zusammenwirken der einzelnen Bauelemente der Vorrichtung 1 und
somit die Funktionsweise der Vorrichtung 1 detaillierter
beschrieben.
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Die
Befehlsstruktur, welche den von der Vorrichtung 1 zu bearbeitenden
Befehlen zugrunde liegt, lautet: repeat
X until Y else go to Z (1)
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Dabei
stehen X für
einen Befehl, Y für
eine Bedingung und Z für
eine statische Zielangabe. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist ein Befehlssatz die vorstehend genannten drei Angaben auf.
Die Befehlssätze
werden von den Befehlssatzdatenwörtern
cs_ir_s, id_ir_s und if_ir_s übertragen.
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Der
als Erster in einem Thread abzuarbeitende Befehlssatz ist in den
Registern des zugehörigen
Kontexts in der Kontext-Umschalt-Einheit
CS abgelegt. Der Kontext wird mittels des Kontextidentifikationswerts context_id_i
aktiviert, und der in den Registern abgelegte Befehlssatz wird mittels
des Befehlssatzdatenworts cs_ir_s an die Befehls-Decodierungs-Einheit ID weitergeleitet.
Die Befehls-Decodierungs-Einheit ID decodiert den in dem Befehlssatz
enthaltenen Befehl und generiert daraus das Steuersignal dec_o.
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Parallel
zu dem soeben beschriebenen Vorgehen durchläuft das Nutzdatenwort data_i
die Verzögerungsglieder
D2 und D3, wobei es in jedem der beiden Verzögerungsglieder D2 und D3 um
jeweils einen Taktzyklus verzögert
wird. Da das Aktivieren des Kontexts sowie das Decodieren des entsprechenden
Befehls jeweils die Zeitdauer eines Taktzyklus benötigt, wird
durch die Verzögerung
des Datenworts in den Verzögerungsgliedern
D2 und D3 sichergestellt, dass das Nutzdatenwort data_i in Form
des zeitverzögerten
Nutzdatenworts data_o gleichzeitig mit dem Steuersignal dec_o, das
aus der Decodierung des entsprechenden Befehls hervorgegangen ist,
zu dem nachgeschalteten Bauelement gelangt. In dem nachgeschalteten
Bauelement kann anschließend
anhand des Steuersignals dec_o die Verarbeitung des Nutzdatenworts
data_o ausgeführt
werden.
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Während des
Taktzyklus, in welchem der zu dem aktivierten Kontext gehörige Befehlssatz
an die Befehls-Dekodierungs-Einheit
ID weitergeleitet wird, wird des Weiteren der spekulative Zählwert cs_spc_s
an die Befehls-Bereitstellungs-Einheit
IF übertragen.
Der spekulative Zählwert
cs_spc_s gibt das Inkrement der Stellung des an die Befehls-Decodierungs-Einheit ID weitergeleiteten
Befehls innerhalb des zugehörigen
Threads an. Wird beispielsweise an die Befehls-Decodierungs-Einheit ID der erste
Befehl des Threads weitergeleitet, so ist der spekulative Zählwert cs_spc_s
gleich 2. Anhand des spekulativen Zählwerts cs_spc_s und des Kontextidentifikationswerts
cs_context_id_s ermittelt die Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF in ihrem
Programmspeicher den zu dem spekulativen Zählwert cs_spc_s korrespondierenden
Befehlssatz. In dem vorstehend genannten Beispiel wäre dies
der Befehlssatz, der den zweiten in dem Thread abzuarbeitende Befehl
enthält. Mittels
des Befehlssatzdatenworts if_ir_s kann der ermittelte Befehlssatz
an die Kontext-Umschalt-Einheit CS weitergeleitet werden.
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Damit
das Befehlssatzdatenwort if_ir_s in Form des Befehlssatzdatenworts
wb_ir_s von der Befehls-Bereitstellungs-Einheit ID zu der Kontext-Umschalt-Einheit
CS gelangt, muss der Multiplexer MUX3 durch eine Aktivierung des
Steuersignals cs_ir_select_s in den logischen Zustand 1 gebracht
werden.
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Da
die Befehlsstruktur der Vorrichtung 1 auf einer Wiederholungsschleife
gemäß obiger
Befehlsstruktur (1) basiert, kann es sein, dass der mittels des
Befehlssatzdatenworts if_ir_s zur Verfügung gestellte Befehl nicht
benötigt
wird, sondern dass der vorherige Befehl noch einmal ausgeführt wird.
In diesem Fall wird der von der Befehls-Bereitstellungs-Einheit
IF ermittelte Befehlssatz verworfen.
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Bei
jeder Wiederholung eines Befehls wird von der Befehls-Decodierungs-Einheit
ID das Steuersignal dec_o erneut ausgegeben. Die Wiederholung eines
Befehls wird solange durchge führt,
bis die Bedingung Y erfüllt
ist. Die Bedingung Y kann an unterschiedlichste Ereignisse gekoppelt
sein.
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Bei
der erneuten Durchführung
eines Befehls werden das Steuersignal cs_ir_select_s deaktiviert
und das Steuersignal cs_store_s aktiviert. Durch die Deaktivierung
des Steuersignals cs_ir_select_s wird das Befehlssatzdatenwort id_ir_s
von dem Multiplexer MUX3 durchgestellt und gelangt in Form des Befehlssatzdatenworts
wb_ir_s zur Kontext-Umschaft-Einheit CS. Das Befehlssatzdatenwort
id_ir_s enthält
den bereits ausgeführten
und noch einmal zu wiederholenden Befehl. Das Steuersignal cs_store_s
zeigt der Kontext-Umschalt-Einheit CS an, dass sie das Befehlssatzdatenwort
id_ir_s abspeichern soll.
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Zur
Steuerung einer Wiederholungsschleife bieten sich verschiedene Möglichkeiten
an. Zum Beispiel kann die Abbruchbedingung Y einer Wiederholungsschleife
durch die Erfüllung
der Gleichung "count
= 0" gegeben sein.
Der Wert count ist dabei in dem Befehlssatz enthalten und gibt zu
Beginn der Wiederholungsschleife die Anzahl der auszuführenden
Wiederholungen an. Bei jedem Durchgang des Befehlssatzes durch die
Befehls-Decodierungs-Einheit
ID wird der Wert count dekrementiert. Der dadurch aktualisierte
Befehlsatz wird mittels des Befehlssatzdatenworts id_ir_s an die
Kontext-Umschalt-Einheit CS übermittelt
und dort anstelle des bisherigen Befehlssatzes abgespeichert. Sobald
der Wert count den Wert 0 erreicht hat, ist die Bedingung Y erfüllt und
die Wiederholungsschleife wird abgebrochen.
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Alternativ
zu dem vorstehenden Beispiel kann die Bedingung Y auch durch eine
externe Vorgabe oder durch den Eingang eines bestimmten Nutzdatenworts
data_i oder durch das Vorliegen eines bestimmten Zustands des Programms,
welcher sich in den Angaben des Zustandsworts cs_state_s oder id_state_s
widerspiegelt, erfüllt
werden.
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Sobald
die Bedingung Y erfüllt
ist, springt die Abarbeitung des Threads zu der Zielangabe Z. Es
handelt sich folglich um einen bedingten Sprungbefehl. Die Zielangabe
Z bezieht sich stets auf einen Befehl aus dem aktuellen Thread.
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Die
Bedingung Y wird in der Befehls-Decodierungs-Einheit ID überprüft. Von
dort aus werden auch sämtliche
Steuersignale eingestellt.
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Sofern
das Ziel Z den in dem Thread nachfolgenden Befehl, welcher in dem
Befehlssatzdatenwort if_ir_s enthalten ist, betrifft, wird das Steuersignal
if_source_s aktiviert, sodass das Befehlssatzdatenwort if_ir_s von
der Befehls-Bereitstellungs-Einheit
IF über
den Multiplexer MUX2 direkt an die Befehls-Decodierungs-Einheit
ID übermittelt
wird und der darin enthaltene Befehl decodiert werden kann. Dadurch
dass sich der Multiplexer MUX1 in dem logischen Zustand 1 befindet,
wird an die Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF der spekulative Zählwert id_spc_s übertragen.
Der spekulative Zählwert
id_spc_s veranlasst die Befehls-Bereitstellungs-Einheit IF, in dem anschließenden Taktzyklus
den nachfolgenden Befehl zu dem soeben an die Befehls-Decodierungs-Einheit
ID übermittelten
Befehl bereitzustellen.
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Ferner
werden in diesem Fall die Steuersignale cs_ir_select_s und cs_store_s
aktiviert, sodass der in den Registern des betreffenden Kontexts
abgespeicherte Befehlssatz mit dem von dem Befehlssatzdatenwort if_ir_s
bereitgestellten Befehlssatz überschrieben
wird.
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Sofern
das Ziel Z eine Zieladresse angibt, deren zugehöriger Befehl sich in der Kontext-Umschalt-Einheit
CS befindet, wird dieser Befehl mittels des Zustandsworts id_state_s
von der Kontext-Umschalt-Einheit CS abgeholt und mittels des Befehlssatzdatenworts
cs_ir_s an die Befehls-Decodierungs-Einheit ID übermittelt. Dazu muss das Steuersignal
if_source_s deaktiviert sein.
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Zusammenfassend
ist nachfolgend ein Algorithmus aufgeführt, welcher in der Befehls-Decodierungs-Einheit
ID abläuft
und aus welchem hervorgeht, anhand welcher Kriterien die Steuersignale cs_ir_select_s,
cs_store_s und if_source_s eingestellt werden:
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Bei
dem vorstehenden Algorithmus ist zu beachten, dass die Bedingung „Befehlssatzregister
werden überschrieben" auch dann wahr ist,
wenn ein in der Kontext-Umschalt-Einheit CS abgelegter Befehl benötigt wird.
