JPS583253B2 - multiprocessor system - Google Patents

multiprocessor system

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JPS583253B2
JPS583253B2 JP49088493A JP8849374A JPS583253B2 JP S583253 B2 JPS583253 B2 JP S583253B2 JP 49088493 A JP49088493 A JP 49088493A JP 8849374 A JP8849374 A JP 8849374A JP S583253 B2 JPS583253 B2 JP S583253B2
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JP
Japan
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memory
processor
address
storage area
bit
Prior art date
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JP49088493A
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Japanese (ja)
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JPS5116832A (en
Inventor
祢津孔二
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS583253B2 publication Critical patent/JPS583253B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は仮想記憶方式のマルチプロセッサシステムに
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a virtual memory multiprocessor system.

大規模集積回路(LSI)技術により製造される、いわ
ゆるマイクロプロセッサは、通常の集積回路素子(IC
)で組立てられるプロセッサに比べて(価格)/(性能
)が大きく、各種の制御や極めて小規模な計算機(ミニ
コンピュータ)の構成要素として広く用いられている。
So-called microprocessors, which are manufactured using large-scale integrated circuit (LSI) technology, are conventional integrated circuit devices (IC).
It has a higher (price)/(performance) than processors assembled in ), and is widely used for various types of control and as a component of extremely small-scale computers (minicomputers).

マイクロプロセッサは、しかし、主として製造技術上の
制約により、その機能はミニコンピュータの中央処理装
置止まりである。
However, due to manufacturing technology constraints, the functionality of microprocessors is limited to that of the central processing unit of a minicomputer.

したがって従来の中規模以上の汎用計算機を、このマイ
クロプロセッサで実現するために、複数台のプロセッサ
を結合して一つのシステムを構成する、いわゆるマルチ
プロセッサ方式がとられる。
Therefore, in order to realize a conventional medium-sized or larger general-purpose computer using this microprocessor, a so-called multiprocessor system is used in which a plurality of processors are combined to form a single system.

一方、近年、プログラミングの容易さやプログラムの互
換性の向上、主記憶の利用率の向上などを狙った、仮想
記憶方式が単一プロセッサあるいはプロセッサが2台の
デュアルプロセッサのシステムには普及し、技術的にも
確立され、効果が広く認められるようになった。
On the other hand, in recent years, virtual memory methods have become popular in single-processor or dual-processor systems with the aim of improving program compatibility, program compatibility, and main memory utilization. It has become well-established and its effectiveness is widely recognized.

このような情勢からして、多数のマイクロプロセッサを
使うマルチプロセッサシステムにおいても仮想記憶方式
を導入することは基本的な条件であると考えなくてはな
らない。
In view of this situation, it must be considered that the introduction of a virtual memory method is a basic condition even in multiprocessor systems that use a large number of microprocessors.

仮想記憶方式とは、主記憶と補助記憶とを見かけ上一体
のものとし、プロセッサから要求された情報が主記憶に
ロードされていない場合には補助記憶からの情報の転送
を自動的にシステムが行なう方式である。
Virtual memory is a system in which main memory and auxiliary memory are seemingly integrated, and when information requested by the processor has not been loaded into main memory, the system automatically transfers information from auxiliary memory. This is the method to do it.

これによって、プログラムは補助記憶が持つ記憶スペー
スを内部メモリと同等に扱って使用することができ、オ
ーバーレイの煩わしさから解放される。
This allows the program to treat and use the storage space of the auxiliary memory in the same manner as the internal memory, and is freed from the trouble of overlays.

このように優れた方式である仮想記憶方式は、上記のよ
うに単一プロセッサあるいはデュアルプロセツサのシス
テムではすでに技術的に確立され広く実用されているわ
けであるが、プロセッサの数がそれより多いマルチプロ
セッサシステムについては、まだ実用可能な公知の技術
はない。
The virtual memory method, which is an excellent method, has already been technically established and widely used in single-processor or dual-processor systems as described above, but it is used in systems with a larger number of processors. Regarding multiprocessor systems, there is no known technology that can be put to practical use yet.

この発明は、実現が容易で、かつプロセッサの台数の増
減に対して極めて柔軟性の高い新しい方式のマルチプロ
セッサシステムを提供することをしたがって、この発明
を利用すれば、複数台のマイクロプロセッサを中核とし
、かつ仮想記憶方式となっている高性能の電子計算機シ
ステムを容易に実現することができる。
This invention provides a new type of multiprocessor system that is easy to implement and extremely flexible for increasing or decreasing the number of processors. It is possible to easily realize a high-performance electronic computer system using virtual memory.

この発明の特徴的な点は、システム全体を管理する従来
のオペレーティングシステムを不要とした点である。
A distinctive feature of this invention is that it eliminates the need for a conventional operating system to manage the entire system.

このことにより、システムの柔軟性が保障されるばかり
でなく、従来とかく問題の多かった大規模なオペレーテ
ィングシステムプログラムの作成の問題をも除いている
This not only ensures system flexibility, but also eliminates the traditionally problematic problem of creating large operating system programs.

また、この発明のシステムの別の面から見た特徴は、複
数台のプロセッサ群と、記憶システムとを論理的に分離
し、システム構成が極めて明解になっている点である。
Another feature of the system of the present invention is that a plurality of processor groups and a storage system are logically separated, making the system configuration extremely clear.

このことにより、従来設計がめんどうであると考えられ
ていたマルチプロセッサシステムの問題点が除かれてい
る。
This eliminates the problems of multiprocessor systems that were traditionally considered cumbersome to design.

このような本発明のシステムは、各プロセッサの命令語
形式に、共通記憶領域か専用記憶領域かを指定するビッ
トを含むようにしたという新規な発想にその基礎を置い
ている。
The system of the present invention is based on the novel idea of including a bit in the instruction word format of each processor to specify whether it is a common storage area or a dedicated storage area.

このような命令語形式にすることによって、仮想記憶シ
ステムの構成を簡単にし、かつ各プロセッサ間でプログ
ラムおよびデータの共用が極めて簡単に行なえる。
By using such an instruction word format, the configuration of the virtual storage system can be simplified, and programs and data can be extremely easily shared between processors.

次に、この発明を実施例によりさらに詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in more detail using examples.

第1図の実施例で、1は仮想記憶システムであつて、共
通バス2を通じて各プロセッサ31,32等に結ばれて
いる。
In the embodiment shown in FIG. 1, 1 is a virtual storage system, which is connected to each processor 31, 32, etc. through a common bus 2. In the embodiment shown in FIG.

共通バス2には、バスアービター21があり、各プロセ
ッサに対する共通バスの使用権の与え方を管理する。
The common bus 2 includes a bus arbiter 21, which manages how to grant the right to use the common bus to each processor.

このバスアービターについては例えば電子通信学会論文
誌第57−D巻第4号の242ページから244ページ
に記載されているような公知のものがある。
This bus arbiter is known, for example, as described on pages 242 to 244 of the Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers Vol. 57-D, No. 4.

仮想記憶システム1の主な構成要素は、ICメモリまた
はコアメモリより成るページングされた主記憶装置11
、磁気ドラムまたは磁気ディスクより成る大容量の補助
記憶装置12、主記憶装置1の参照された状況を記憶し
ておき、近い将来最も参照されそうもない情報を記憶し
ているページがどれであるかを常に把握している主記憶
ページ参照状況記憶回路(PRC)13、共通バス2よ
り要求される論理番地を主記憶装置11の物理番地に変
換する連想記憶装置を中心とする番地変換回路(AT)
14、および主記憶装置11と補助記憶装置12との間
の情報のスワッピングを中心としたページフオルト発生
時の処理を行なう主記憶リロケーション制御回路(MR
C)15である。
The main component of the virtual memory system 1 is a paged main memory 11 consisting of IC memory or core memory.
, a large-capacity auxiliary storage device 12 consisting of a magnetic drum or a magnetic disk, and a main storage device 1 that stores the referenced status and determines which page stores information that is least likely to be referenced in the near future. a main memory page reference status memory circuit (PRC) 13 that always knows whether the AT)
14, and a main memory relocation control circuit (MR
C) 15.

共通バス2を通じて、各プロセッサ31.32等より論
理番地により指定されて要求される情報の読出しまたは
書込みは、AT14により主記憶装置11の物理番地に
変換されてから実際にアクセスされる。
Reading or writing of information requested by each processor 31, 32, etc. by a logical address through the common bus 2 is converted into a physical address in the main storage device 11 by the AT 14 before being actually accessed.

もしその論理番地を含むページが主記憶装置11内に存
在しないとき(ページフオルト)には、前記MRC15
によりそのページが補助記憶装置12より主記憶装置1
1にロードされてからアクセスされる。
If the page containing that logical address does not exist in the main memory 11 (page fault), the MRC 15
The page is transferred from the auxiliary storage device 12 to the main storage device 1.
1 and then accessed.

このとき、主記憶装置11のどのページにロードするか
は、PRC13が指定する。
At this time, the PRC 13 specifies which page of the main storage device 11 to load.

上記説明より明らかなように、仮想記憶システム1は共
通バス2より要求される論理番地のみを手がかりにして
おり、どのプロセッサから出された要求であるかについ
ては全く関知しない。
As is clear from the above description, the virtual storage system 1 uses only the logical address requested from the common bus 2 as a clue, and is completely unaware of which processor issued the request.

したがって、各プロセッサはこのことを前提として、番
地信号を出さなければならない。
Therefore, each processor must issue an address signal on this premise.

したがって、プロセッサ31.32等には下記のような
アーキテクチャ的特徴が持たしてある。
Therefore, the processors 31, 32, etc. have the following architectural features.

つぎにこれを説明する。This will be explained next.

第2図aはプロセッサの命令語形式の図である。FIG. 2a is a diagram of the instruction word format of the processor.

この図でOPは命令コード部、MDは修飾部で例えば間
接番地指定とか絶対番地指定とかいう指定をする部分、
またADは番地指定部であり、要するに基本的には従来
のシングル子ドレス形式の計算機のそれと同一である。
In this figure, OP is the instruction code section, MD is the modification section, which specifies, for example, indirect address specification or absolute address specification.
Further, AD is an address designation section, which is basically the same as that of a conventional single child address type computer.

この実施例のシステムの新規な点は、MD部に共通記憶
領域か専用記憶領域かを指定するビットが設けられてい
る点である。
The novelty of the system of this embodiment is that the MD section is provided with a bit that specifies whether it is a common storage area or a dedicated storage area.

第2図aではD/Cで示してある。In FIG. 2a it is designated D/C.

第2図bはプロセッサ内のメモリアドレスレジスタ(M
AR)の構成の説明図である。
Figure 2b shows the memory address register (M
FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of AR.

MARは2つの部分に別れており、プロセッサ番号を示
すPN部と、そのプロセッサ記憶領域内の論理番地を示
すADR部より成っている。
The MAR is divided into two parts: a PN part indicating the processor number, and an ADR part indicating the logical address within the processor storage area.

ADR部の巾(ビット数)は第2図に示す命令語の巾と
同一である。
The width (number of bits) of the ADR section is the same as the width of the instruction word shown in FIG.

このプロセッサで、命令のフエツチは通常の計算機と同
一である。
In this processor, instruction fetching is the same as in a normal computer.

つまり、前の命令の処理が完了したというプロセッサ内
の制御回路からの信号により、プロセッサ内のインスト
ラクションカウンタICがインクレメントされ、その内
容がMARのADR部に移され、続いてこのMARの内
容が共通バス2を通じて仮想記憶システムに送られる。
In other words, a signal from the control circuit in the processor indicating that the processing of the previous instruction has been completed causes the instruction counter IC in the processor to be incremented, its contents are transferred to the ADR section of the MAR, and the contents of this MAR are subsequently incremented. It is sent to the virtual memory system via the common bus 2.

MARの上の桁にはプロセッサ番号が入っているので仮
想記憶システム2内では他のプロセッサからの論理番地
と混同されることはない。
Since the upper digit of MAR contains the processor number, it will not be confused with a logical address from another processor within the virtual storage system 2.

つぎに、仮想記憶システム2から読出された命令語はプ
ロセッサ内のメモリデータレジスタMDRに送られ、O
P部のみはさらにインストラクションレジスタIRに送
られる。
Next, the instruction word read from the virtual memory system 2 is sent to the memory data register MDR in the processor, and the instruction word is sent to the memory data register MDR in the processor.
Only the P portion is further sent to the instruction register IR.

つぎにIRの内容により、その命令語がオペランドを必
要とする場合には、第2図aのMD部が調べられる。
Next, depending on the contents of the IR, if the instruction word requires an operand, the MD section of FIG. 2a is checked.

ここでもし、D/Cビットが1であるときは、オペラン
ドはそのプロセッサの専用記憶領域にあるということで
ある。
Here, if the D/C bit is 1, it means that the operand is in the dedicated storage area of that processor.

したがって、この時は第2図bに示したMARの上位ビ
ットであるPN部には、そのプロセッサ個有のコードが
入れられる。
Therefore, at this time, a code unique to that processor is entered into the PN part, which is the upper bit of the MAR shown in FIG. 2b.

もし、D/Cビットが0であるときは、オペランドは本
システムの全プロセッサが共通に使用できる共通記憶領
域にあるということを示し、MARのPN部には共通領
域であることを示す個有のコードが入れられる。
If the D/C bit is 0, it indicates that the operand is in a common storage area that can be used commonly by all processors in this system, and the PN part of the MAR has a unique memory area that indicates that it is a common area. The code can be entered.

命令語(プログラム)の領域指定は、領域指定用ブラン
チ命令によって共通記憶領域へも行なえるようになって
いる。
Area specification of an instruction word (program) can also be performed to a common storage area using an area specification branch instruction.

この命令によってのみ、第2図bのMARと同様の構成
になっているインストラクションカウンタICの領域指
定コード部の内容が変えられる。
Only by this command can the contents of the area designation code portion of the instruction counter IC, which has the same configuration as the MAR shown in FIG. 2b, be changed.

以上の説明から明らかなように、本実施例のシステムで
は、各プロセッサはそのプロセッサ個有の記憶スペース
を持つと共に、全プロセッサが共通にアクセスできる共
通な記憶スペースも持っている。
As is clear from the above description, in the system of this embodiment, each processor has its own storage space, and also has a common storage space that can be commonly accessed by all processors.

したがつて例えば、リエントラント化されたコンパイラ
ーを共通記憶スペースに入れておけば、どのプロセッサ
からも利用することができ、結局記憶装置を極めて有効
に使うことができる。
Thus, for example, if a reentrant compiler is placed in a common storage space, it can be used by any processor, resulting in extremely efficient use of storage.

データについても同様なことが云える。The same can be said about data.

また、上の説明から明らかなように、システム全体を管
理する従来のオペレーティングシステムも不要であり、
従って大規模なオペレーテイングシステムプログラム作
成に付随する種々の問題もない。
Also, as is clear from the above discussion, there is no need for a traditional operating system to manage the entire system;
Therefore, there are no problems associated with writing large-scale operating system programs.

システム規模の柔軟性について云えば、第2図bのPN
部のビット数による制限内では、プロセッサの数の増減
は全く自由である。
Regarding system scale flexibility, the PN in Figure 2b
The number of processors can be increased or decreased within the limits imposed by the number of bits in the unit.

さらにまた、この発明のシステムでは、複数台のプロセ
ツサ群と、記憶システムとが論理的に分離された形にな
っており、その結果システムの構成が極めて明解であり
、設計が容易である。
Furthermore, in the system of the present invention, the plurality of processor groups and the storage system are logically separated, and as a result, the system configuration is extremely clear and design is easy.

以上実施例を中心にして、詳細に説明したが、本発明が
この実施例により制限されるものでないことは勿論であ
る。
Although the embodiments have been described in detail above, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments.

例えば、上記実施例においては、プロセッサの命令語形
式がシングルアドレス形式のものであったが、2アドレ
スなどの他の命令形式のプロセッサにも容易に適用でき
るし、命令語の形式についてさらに云えば、可変語長の
命令形式のプロセッサによって実現するもことも容易で
ある。
For example, in the above embodiment, the instruction word format of the processor is a single address format, but it can be easily applied to processors with other instruction formats such as a two-address format. , it is also easy to implement with a variable word length instruction format processor.

また、共通バスの形式でページフオルトが発生したとき
、その処理中他のプロセッサが共通バスを使えないこと
によるシステムの性能低下が考えられるが、これはバス
アービターに、一定時間以上リクエストの続くプロセッ
サを一時的にバスから切り離す機能を追加することによ
り容易に回避できる。
Additionally, when a page fault occurs in the form of a common bus, system performance may deteriorate because other processors are unable to use the common bus during the process. This can be easily avoided by adding a function that temporarily disconnects the processor from the bus.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の一実施例のシステムの構成を示す説
明図であって、1は主記憶装置11と補助記憶装置12
と番地変換回路14と主記憶ページ参照状況記憶回路1
3と主記憶リロケーション制御回路15とより成る仮想
記憶システム、2はアービター21を含む共通バス、3
1.32等はプロセッサである第2図は、第1図の実施
例におけるプロセッサの命令語形式の説明図aと、プロ
グラムカウンタの構成を示す説明図bである。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a system according to an embodiment of the present invention, in which 1 indicates a main storage device 11 and an auxiliary storage device 12.
, address conversion circuit 14 and main memory page reference status memory circuit 1
3 and a virtual memory system consisting of a main memory relocation control circuit 15; 2 a common bus including an arbiter 21;
1.32, etc. are processors. FIG. 2 is an explanatory diagram a showing the instruction word format of the processor in the embodiment of FIG. 1, and an explanatory diagram b showing the configuration of a program counter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 オペランドの論理番地が、共通記憶領域か専用記憶
領域かを指定するビットを有する命令語形式であり、こ
のビットに対応したプロセツサ番号または共通記憶領域
のコード情報を保持するビット領域を持つメモリアドレ
スレジスタを有するプロセッサ複数台を、主記憶装置と
補助記憶装置と、番地変換回路、主記憶ページ参照状況
記憶回路および主記憶リロケーション制御回路とより成
る記憶管理回路とより構成される仮想記憶システムに、
単一バスにより結合した構成となっていることを特徴と
するマルチプロセッサシステム。
1 A memory address that is in the instruction word format with a bit that specifies whether the logical address of the operand is a common storage area or a dedicated storage area, and that has a bit area that holds the processor number or code information of the common storage area that corresponds to this bit. A virtual memory system consisting of a plurality of processors having registers, a main memory device, an auxiliary memory device, and a memory management circuit consisting of an address conversion circuit, a main memory page reference status memory circuit, and a main memory relocation control circuit,
A multiprocessor system characterized by having a configuration in which they are connected by a single bus.
JP49088493A 1974-08-01 1974-08-01 multiprocessor system Expired JPS583253B2 (en)

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JPS53135733U (en) * 1977-03-26 1978-10-27
JPS53123640A (en) * 1977-10-20 1978-10-28 Toshiba Corp Electronic computer compound configuration system

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