JPH03174646A - 伝播信号処理装置及びプロセッサシステム - Google Patents

伝播信号処理装置及びプロセッサシステム

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JPH03174646A
JPH03174646A JP2208093A JP20809390A JPH03174646A JP H03174646 A JPH03174646 A JP H03174646A JP 2208093 A JP2208093 A JP 2208093A JP 20809390 A JP20809390 A JP 20809390A JP H03174646 A JPH03174646 A JP H03174646A
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signal
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memory
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Naotoshi Shiba
柴 直俊
Kunizo Sakai
酒井 邦造
Takatoshi Kodaira
高敏 小平
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のプロセッサを用いて、音響。
映像等の時間的に連続する信号を合成もしくは分析する
信号処理装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、マルチプロセッサ方式による信号処理装置は穐々
考案されており、その−例として特開昭60−2312
52号公報に記載された、単位処理装置によって構成さ
れたものがある。この装置を第9図を参照して説明する
。図において、相互に接続された各単位処理装置30は
、それぞれ制御部31゜メモリ32.演算部33.入出
力部34.共有バス切替機構35を備え、それら相互間
が内部バス36で接続されている。各単位処理装置間で
は、前記入出力部34を介して、制御部相互のデータ交
換が行われると共に、演算部33相互間でデータ転送を
行う共有バス37が設けられている。制御部31は、演
算部33の動作を制御するとともに、単位処理装置間で
のデータ交換を行い5必要に応して単位処理装置間の処
理の同期を制御する。
演算部33は、制御部31の制御のもとで、単位7 処理装置間で、共有バス37を介したデータの転送、各
種の演算を実施する。
また、複数のプロセシングセルが直列的に接続されて信
号処理を順次実行すると共に、このような直列的接続が
複数組用意され各組が互いに異なる信号源からの異なる
信号を並列的に処理するマルチプロセッサシステムが米
国特許第4,524,455号、同第4,574,39
4号に開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、第9図に示した従来例においては、共有
バス切替機構35により、演算部間のデータ転送路を切
替えているため、N個の単位処理装置とM個の単位処理
装置間でのN:Mのデータ転送を同期には行えない。
また、」二連の従来例においては、同一の信号源からの
信号に複数の異なる演算処理を複数の異なるプロセッサ
ユニットにより実行させる点について配慮がされていな
い。
本発明の課題は、マルチプロセッサ方式による信号処理
装置において、プロセッサ間の大量デー8 夕転送を、各プロセッサの処理と同期して効率よく行う
ことにある。
また、信号発生源、信号伝達経路、信号到達部等から構
成される信号伝送のネットワークにおける信号伝送、信
号処理を比較的簡単なマルチプロセッサシステムで実現
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために本発明に係るマルチプロセッ
サシステムの特徴とするところは、所定の信号を作成さ
せるための少なくとも一の第1のプロセッサユニツl〜
と、上記第工のプロセッサユニットから出力される上記
信号に対しそれぞれが所定の演算処理を実行する複数の
第2のプロセッサユニットと、上記第2のプロセッサユ
ニットによりそれぞれ演算処理されそれぞれ出力される
複数の上記信号に対し所定の演算処理を実行する少なく
とも一の第3のプロセッサユニットと、上記第1のプロ
セッサユニツl−及び第2のプロセッサユニットの個々
の間を連絡する第工のデータ伝送手段と、上記第2のプ
ロセッサユニットの個々及び上記第3のプロセッサユニ
ットの間を連絡する第2のデータ伝送手段と、を有し、
少なくとも、 複数の上記第2のプロセッサユニットにおけるそれぞれ
の演算処理及び演算処理結果の上記第3のプロセッサユ
ニットへの伝送が同期手段により同期されて実行される
ようにした点にある。
また、本発明に係る信号処理方法の特徴とするところは
、同一の信号に対し、互いに異なる複数種の演算処理を
互いに異なる複数のプロセッサユニットによって同期を
とりつつ実行する段階を一の段階における演算処理結果
が次の段階における演算処理対象となるように複数回順
次に行うようにした点にある。
〔作用〕
本発明によれば、同一の信号に対し、互いに異なる複数
種の演算処理を互いに異なる複数のプロセッサユニット
によって、同期をとりつつ並列的に実行するようにして
いる。したがって、演算処理のためのデータ伝送が効率
良く行える。また、上述の並列演算処理を一段階とした
とき、この段]]− 階を複数回順次、一の段階における演算処理結果が次の
段階における演算処理対象となるようにしている。した
がって、大規模で複雑な内容の信号処理が効率良く実行
できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図を用いて説明する。
本発明の好適な対象となるディジタル信号処理例えば音
波の発生、伝播、到達に関する一連の信号処理では、基
本演算(ゲイン制御2周波数変換。
フィルタリング、相関演算、高速フーリエ変換等)の組
み合わせ′から戊るまとまった処理により有意のデータ
を得るような信号処理が行なわれており、これらの基本
演算相互間には、一つの演算の結果を用いて次の演算が
行われるといった関係がある。
そこで、ある信号処理を構成する基本演算が、当該基本
演算の種別あるいは個々のプロセッサユニット(以下、
プロセッサという)1の処理能力に応して分割並列配置
される。
第1図(a)は、このように分割並列化された複数のプ
ロセッサ101〜122を有するマルチプロセッサシス
テムの構成を示す。図において、2はホスト計算機であ
り、これはプロセッサ101〜122を統括制御すると
共に、各プロセッサにて実行される各種基本演算のパラ
メータ、例えばゲイン演算におけるゲイン、フィルタリ
ング演算におけるフィルタ係数等を設定する機能を有す
る。
ホスト計算機からの情報は、信号線5により、各プロセ
ッサに伝達される。3はタイミング発生部であり、各プ
ロセッサの演算処理が所定周期で同期させて実行される
よう、各プロセッサ101〜122に対し定周期同期信
号を出力する機能を有する。この定周期同期信号は同期
信号線6により。
各プロセッサに伝達される。
このようなプロセッサの分割並列化に伴ない、プロセッ
サそれぞれが専用の結合線4で接続される。基本演算の
分担のさせ方によっては、一部の結合線4にその転送能
力を超えるデータ転送が必要となるが、この場合は、転
送能力を超える結合線がないよう、基本演算の分割並列
化が再度行われる。
第1図(b)、 (c)、 (d)に、第↓図(、)の
各プロセッサから出力される信号の一例を模式的に示す
。この例は、多数のプロセッサのうち、第1段のプロセ
ッサ101,102・・・で複数音源からの音波信号を
模擬作成し、第2段のプロセッサ111.112,11
3・・・で作成された音波信号に対しそれぞれ異なる信
号処理(レベル変化1周波数変化9重ね合わせ等)を施
こして例えば音波の伝播経路毎の音波の変化を模擬し、
第3段のプロセッサ121,122・で第2のプロセッ
サによる信号処理を受けた音波信号に対し所定の演算処
理を施して所期の音波分析を行うものである。
図示の例では、(b)において、プロセッサ101から
出力される音波信号が示されており、これは例えばプロ
セッサ101内のメモリに予め外部より与えておくもの
である、 r〕)において、プロセッサ111から出力
される信号が示されている。
これは、(b)の信号に対し、周波数変換処理を行って
得られた結果の一例である。(d)において、プロセッ
サ121における信号処理の結果が示されている。これ
は(c)の信号に対し、フーリエ変換を実施して得られ
たものであり、この信号処理により音波信号の周波数分
析が可能となる。
次に上述の構成の信号処理システムの個々のプロセッサ
の構成及び動作について、第2図、第3図を参照して説
明する。
プロセッサ111(他のプロセッサも同じ構成ゆえ、1
11で代表されて以下説明)は、第2図に示されるよう
に、同期信号線6でタイミング発生部3(第1図(a)
)に接続された制御部上3と、バス17を介して該制御
部13に接続され、かつ制御データ結合線5により前記
ホスト計算機2に接続されている制御データ格納手段で
ある制御データ入力部14と、前記バス17に接続され
た演算部11及びメモリ12と、同じく前記バス17に
接続された信号データ入力部15及び信号データ出力部
王6とを有している。信号データ入力部工5は、結合線
4により前段のプロセッサの信号データ出力部に接続さ
れ、信号データ出力部=15 16は、結合線4により、次段のプロセッサエの信号デ
ータ入力部に接続されている。信号データ入力部15及
び信号データ出力部16はともに、前段のプロセッサの
信号データ出力部は、次段のプロセッサの信号データ入
力部と、工対1で接続されており、当該プロセッサが信
号線4で接続されているプロセッサの数だけ、配設され
ている。
第2図では、前段側2次段側、それぞれ2個のプロセッ
サに接続されている状態で示されている。
制御データ入力部14.信号データ入力部15゜信号デ
ータ出力部↓6は、各々内部にバッファメモリを有し、
独立して動作可能な構成としである。
第3図に示されるタイムチャートにより、第2図に示さ
れた構成のプロセッサの動作を説明する。
まず、制御部にタイミング発生部3から、定周期同期信
号21が入力されると、該制御部13は、演算部11に
対して、所定のプログラムカウンタ22を転送し、処理
を開始させる。
演算部土工は、信号データ入力部15から、前記プロセ
ッサの処理結果を読み出し、メモリ12】6− 内のデータを参照しつつ所定の演算23を行い、演算結
果を信号データ出力部16に出力する。所定の演算及び
信号データ出力部への演算結果の出力が終了すると、演
算部11は、次第プロセッサへのデータを出力を、出力
指示信号24により、信号データ出力部16に指示し、
さらに制御部13に動作終了信号25を出力して一周期
の処理を終了する。−周期に要する時間は、一般的には
任意であるが、本実施例の場合は約80m秒である。
信号データ出力部工6は、演算部11が出力する出力指
示信号24に従い、先に入力された演算部11の演算結
果の次段プロセッサへの信号データ転送26を行う。
一方、制御データ入力部14は、ホスト計算機2よりの
データ送信割込27に従って制御データ受信28を行い
、受信終了時、制御部13に新規制御データ受信報告2
9を出力する。
制御部13は、演算部上1から動作終了信号25を受け
ると、新規制御データ受信報告に基づいて、新規に受信
した制御データを制御データ入力部14からメモリ12
への制御データ転送30を行う。該制御データ転送30
と前記信号データ転送26が終了した後、再び、タイミ
ング発生部3から定周期同期信号21が制御部13に入
力され、新たな処理の周期が始まる。
本実施例では、上述のプロセッサ構成で、1周期丙(タ
イミング発生部3が、定周期同期信号21を出力してか
ら、次の定周期同期信号21を出力するまでの間)に、
〔演算部上1の最大処理時間(演算23の最大所要時間
)〕+〔信号データ転送30の最大所要時間〕が納まる
ように、各プロセッサに対する処理分割が行われている
ので、信号処理装置は常に正常に動作する。
次に、第4図、第5図を用いて本発明の第2の実施例を
説明する。
本実施例は、第1図に示されている信号処理装置のプロ
セッサ111 (他のプロセッサも同様ゆえ、以下11
↓に代表させて説明)の信号データ入力部15及び信号
データ出力部16に、交替バソファメモリ及び切替スイ
ッチを付加したもので、他の部分は、前記第1の実施例
と同じであるので説明を省略する。
第2の実施例のプロセッサにおいては、第4図に示され
るように、信号データ入力部15は、同一容量、同一構
成の2個のメモリ18A、18Bを備え、この2個のメ
モリは、それらの入力側及び出力側に各1個ずつ結合さ
れた切替スイッチ19A、19Bで切替えられる交替バ
ッファメモリ18を形成するとともに、該切替スイッチ
19A。
19Bを介して前段との結合線4および、バス17に接
続されている。信号データ出力部16も、同様に同一容
量、同−構成の2個のメモリ18E。
18Fを備え、この2個のメモリはそれらの入力側、出
力側に各1個ずつ結合された切替スイッチ19E、19
Fで切替えられる交換バッファメモリ18を形成すると
ともに、該切替スイッチ19E。
19Fを介して、バス17及び次段との結合線4に接続
されている。
上記構成のプロセッサの動作を第3図と同じ符号を用い
て第5図に示されるタイムチャートを参照して説明する
。本実施例においては、演算部11から信号データ出力
部16へ出力される出力指示信号24は、切替スイッチ
に対する切替指示信号としても機能する構成となってい
る。各切替スイッチは、メモリの入力側と出力側でそれ
ぞれ異なるメモリに接続されるように構成され、第4図
に示されるように、信号データ出力部16の場合、バス
17側(入力側)の切替スイッチ19Eが、メモリ18
Fに接続されているときは、結合線4側(出力側)の切
替スイッチ19Fは、メモリ18Eに接続されている。
第4図の状態で演算部11が演算処理を行うと、その結
果は、メモリ18Fに入力される。演算部上1における
演算23が終了し、切替指示信号を兼ねる出力指示信号
24が信号データ出力部16に出力されると、切替スイ
ッチ19Eが、メモリ18Fからメモリ18Eに切替ら
れ、かつ、切替スイッチ19Fがメモリ18Eからメモ
リ18Fに切り替えられる。この結果、メモリ18Fに
格9 納されていた演算結果は、前記出力指示信号24により
切替スイッチ19Fを経て次段プロセッサへ出力され、
メモリ18Eは切替スイッチ19Eを介してバスエフに
接続され、演算部11の次周期の演算結果の受は入れが
可能となる。出力指示信号24は、同時に、信号データ
入力部15に、切替スイッチ切替信号として出力され、
切替スイッチ19Aがメモリ↓8Bからメモリ18Aに
、切替スイッチ19Bがメモリ18Aからメモリ18B
に、それぞれ切替えられ、次周期の演算における演算部
11のデータの読み出し先が、メモリ18Aからメモリ
18Bに変更されるとともに、前段プロセッサ(例えば
第1図(a)のプロセッサ101)の信号データ出力部
からのデータの受は入れ先が、メモリ18Bからメモリ
18Aに変更される。
」二連の例では、信号データ入力部↓5および信号デー
タ出力部16の切替スイッチの切替が演算部↓1が演算
23の終了に伴って出力する出力指示信号24によって
行われるが、個々のプロセラ0 すの演算時間に差がある場合は、一部もしくは全部の切
替スイッチの切替を、制御部13が出力するプログラム
カウンタ22により、各プロセッサー斉に行うようにし
てもよい。第6図は全てのプロセッサの切替スイッチが
、プログラムカウンタ22により、−斉に切り替えられ
るときの交替バッファメモリの動作内容を第3図と同一
の符号を用いて示すタイムチャートで、第7A図及び第
7B図は、それぞれ、第6図の周期A及び周期Bにおけ
る切替スイッチの状態をプロセッサ1上1と、プロセッ
サ111の次段のプロセッサ(例えば第1図(a)のプ
ロセッサ1.21 )について示している。この場合、
信号データ出力部から次段の信号データ入力部への信号
データの転送開始の指示は、信号データ出力部16の出
口側の切替スイッチの切替に連動して行われる。
」二連の第2の実施例の構成によれば、第5図。
第6図に示されるように、演算部における演算処理23
と、データ転送26が同時に行われ、演算部の最大処理
時間、信号データ転送時間のいずれもが−周期間に納ま
るように各プロセッサに対する処理分割がなされている
ので、信号処理装置は常に正常に動作する。
第8図に隣接するプロセッサを、1個の交替バッファメ
モリ40で接続したもので、前段の演算部の演算結果が
交替バッファメモリの一方の出力されている間、次段の
演算部は、他方のメモリのデータ内容を読みだして、演
算を行う。切替スイッチは、−周期ごとに制御部から出
力される信号により、各プロセッサー斉に切替られる。
この構成によれば、各プロセッサごとに信号データ入力
部及び信号データ出力部の両者を設ける必要がなくなる
さらに、前記第工、第2の実施例によれば、プロセッサ
ユニットの追加が容易であるので、信号処理の規模の変
化、対象内容の変化への対応が可能な拡張性のある信号
処理装置が実現できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、複数のプロセッサユニットが並列パイ
プライン接続され、各プロセッサユニツ23 トに制御データ格納手段が設けられたので、ホスト計算
機による各プロセッサユニットに対する制御データの書
き換えがプロセッサユニットの演算処理を中断すること
なく行われるとともに、並列パイプライン接続によって
複数のプロセッサユニットに信号処理を分割して行わせ
るので、大規模で複雑な信号処理を効率よく、実施でき
、処理を中断することなく、処理内容の変化に対応でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例である信号処理装置の主
要構成を示す系統図、第2図、第4図は本発明に係るプ
ロセッサユニットの主要構成を示すブロック図、第3図
、第5図は第2図、第4図で示されたプロセッサユニッ
トの動作を示すタイムチャート図、第6図は本発明の交
替バッファメモリを備えたプロセッサユニットの動作例
を示すタイムチャート、第7A図、第7B図は第6図に
示されたタイムチャー1〜に対応する交替バッファメモ
リの動作例を示す系統図、第8図は交替バッファメモリ
を共有するプロセッサユニットの接続例を示す系統図で
、第9図は従来のマルチプロセッサ方式の信号処理装置
の主要構成を示す系統図である。 1・・プロセッサユニット、2・・・ホスト計算機、3
・・タイミング発生部、11・・・演算部、12・メモ
リ、13・・・制御部、14・・・制御データ格納手段
(制御データ入力部)、工5,15’・・・信号データ
入力部、16.16’・・・信号データ出力部、17・
・・バス、18A−18H,18E’ 、18F’・・
・交替バッファメモリ、19A〜19F、19E’(承
遭照9囮j) #:べ 郷 !l!!力 ls蓼

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の信号を作成させるための少なくとも一の第1
    のプロセッサユニットと、 上記第1のプロセッサユニットから出力される上記信号
    に対しそれぞれが所定の演算処理を実行する複数の第2
    のプロセッサユニットと、上記第2のプロセッサユニッ
    トによりそれぞれ演算処理されそれぞれ出力される複数
    の上記信号に対し所定の演算処理を実行する少なくとも
    一の第3のプロセッサユニットと、 上記第1のプロセッサユニット及び第2のプロセッサユ
    ニットの個々の間を連絡する第1のデータ伝送手段と、 上記第2のプロセッサユニットの個々及び上記第3のプ
    ロセッサユニットの間を連絡する第2のデータ伝送手段
    と、を有し、少なくとも、複数の上記第2のプロセッサ
    ユニットにおけるそれぞれの演算処理及び演算処理結果
    の上記第3のプロセツサユニツトへの伝送が同期手段に
    より同期されて実行されることを特徴とするマルチプロ
    セッサシステム。 2、互いに異なる信号をそれぞれ出力する複数の第1の
    プロセッサユニットと、 上記第1のプロセッサからそれぞれ出力される信号をそ
    れぞれが受信し、それぞれが所定のプログラムに従つて
    上記受信信号に対し所定の演算処理を実行し第1の処理
    結果データを出力する複数の第2のプロセッサユニット
    と、 上記第2のプロセッサユニットのそれぞれから出力され
    る処理結果データをそれぞれが受信し、それぞれが所定
    のプログラムに従つて上記第1の処理結果データに対し
    所定の演算処理を実行し第2の処理結果データを出力す
    る複数の第3のプロセッサユニットと、 上記第1、第2及び第3のプロセッサユニットから出力
    される信号又は処理結果データを第1、第2及び第3の
    プロセッサユニット毎に同期させて所定の時間間隔で行
    なわせる同期手段と、を有することを特徴とするマルチ
    プロセッサシステム。 3、ホスト計算機と、該ホスト計算機にそれぞれ接続さ
    れるとともに相互に並列パイプライン接続された複数の
    プロセッサユニットと、該複数のプロセッサユニットそ
    れぞれに接続されて定周期同期信号を出力するタイミン
    グ発生部と、を備え、前記プロセッサユニットはそれぞ
    れ前記ホスト計算機から入力される制御データを格納す
    る制御データ格納手段を備えているマルチプロセッサシ
    ステム。 4、プロセッサユニットが、バスと、該バスに接続され
    た演算部、メモリ、制御部、信号データ入力部及び信号
    データ出力部とを備え、前記信号データ入力部は前記プ
    ロセッサユニットの信号データ出力部に接続されている
    とともに前記信号データ出力部は次段プロセッサユニッ
    トの信号データ入力部に接続されており、制御データ格
    納手段は前記バスに接続されていることを特徴とする請
    求項3に記載のマルチプロセッサシステム。 5、プロセッサユニットが、バスと、該バスに接続され
    た演算部、メモリ、制御部、信号データ入力部及び信号
    データ出力部とを備え、前記信号データ入力部は前記プ
    ロセッサユニットの信号データ出力部に接続されている
    とともに前記信号データ出力部は次段プロセッサユニッ
    トの信号データ入力部に接続されていることを特徴とす
    る請求項1または2に記載のマルチプロセッサシステム
    。 6、プロセッサユニットの信号データ入力部及び信号デ
    ータ出力部が、それぞれ一対のメモリを有する交替バッ
    ファメモリと、該交替バッファメモリの入力側と出力側
    に設けられて、前段側プロセッサユニットに接続される
    メモリ、当該プロセッサユニットのバスに接続されるメ
    モリ、次段側プロセッサユニットに接続されるメモリを
    切り替える切替スイッチとを備えていることを特徴とす
    る請求項4または5に記載のマルチプロセッサシステム
    。 7、プロセッサユニットのバスと次段のプロセッサユニ
    ットのバスが、一対のメモリを有する交替バッファメモ
    リと、該交替バッファメモリの入力側と出力側に設けら
    れて、当該プロセッサユニットのバスに接続されるメモ
    リと次段側プロセッサユニットのバスに接続されるメモ
    リを切り替える切替スイッチとによつて接続されている
    ことを特徴とする請求項4または5に記載のマルチプロ
    セッサシステム。 8、プロセッサユニットを並列パイプライン接続して、
    前段プロセッサユニットの演算結果を次段プロセッサユ
    ニットの演算に用いる信号処理方法において、各段プロ
    セッサユニットの演算結果を格納するメモリを各プロセ
    ッサユニットごとに少なくとも2個設け、一方のメモリ
    に演算結果が格納されている間他方のメモリに格納され
    ている演算結果が次段プロセッサユニットによつて読み
    だされ、処理の周期ごとに両メモリが切り替えられるこ
    とを特徴とする信号処理方法。 9、プロセッサユニットを並列パイプライン接続して、
    与えられた制御データと前段プロセッサユニットの演算
    結果を用いて次段プロセッサユニットの演算を行なう信
    号処理方法において、各段プロセッサユニットに制御デ
    ータを格納する制御データ格納手段を設け、プロセッサ
    ユニットの演算処理中にプロセッサユニット外から前記
    制御データ格納手段に格納されている制御データを書き
    換えることを特徴とする信号処理方法。 10、プロセッサユニットを並列パイプライン接続して
    、与えられた制御データと前段プロセッサユニットの演
    算結果を用いて次段プロセッサユニットの演算を行なう
    信号処理方法において、各プロセッサユニットに一斉に
    定周期同期信号を入力して各プロセッサユニットの演算
    処理を同期させることを特徴とする信号処理方法。 11、互いに同期して演算処理を実行する複数のプロセ
    ッサユニットが複数段接続されてなるマルチプロセッサ
    システムにおいて、それぞれのプロセッサユニットがバ
    スと、該バスに接続された演算部、メモリ、制御部、信
    号データ入力部及び信号データ出力部とを備えるように
    なし、前記信号データ入力部は前段プロセッサユニット
    のそれぞれの信号データ出力部に接続されているととも
    に前記信号データ出力部はそれぞれの次段プロセッサユ
    ニットの信号データ入力部に接続されていることを特徴
    とするマルチプロセッサシステム。 12、同一の信号に対し、互いに異なる複数種の演算処
    理を互いに異なる複数のプロセッサユニットによつて同
    期をとりつつ実行する段階を一の段階における演算処理
    結果が次の段階における演算処理対象となるように複数
    回順次に行うことを特徴とするマルチプロセッサシステ
    ムを用いた信号処理方法。
JP2208093A 1989-09-04 1990-08-08 伝播信号処理装置及びプロセッサシステム Expired - Lifetime JP2569210B2 (ja)

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