JPS6373460A - 放送時におけるマルチプロセツサのネツトワ−ク構成方式 - Google Patents

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】 〔概要〕 セル内のデータパスをスイッチ回路で切り換えることに
よりネットワーク構成を変更できるマルチプロセッサの
データパス切り換え機能を利用して、効率的な放送を実
現する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はマルチプロセッサのネットワーク構成方式に関
するものであり、特に放送のためのネットワーク構成制
御に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体技術の進歩により、多数のプロセッサを用いたマ
ルチプロセッサを比較的容易に構成できるようになった
。このようなマルチプロセッサでは、あるプロセッサの
持っているデータを他の特定の任意数のプロセッサに分
配できることが必要であり、同一データを複数の宛先プ
ロセッサに転送する放送と呼ばれるデータ転送が行われ
る。

従来は、このような場合共通バス等を用いてデータの転
送を行っていた。この方式は、いちどきに共通バスの数
だけのプロセッサしか放送できず。

放送は宛先セルごとの逐次的なデータ転送で行われるた
め１時間がかかるという欠点があり、しかも多くの場合
、セルは一つの共通バスで接続されている。これは、プ
ロセッサの数が数千から致方と多くなるにつれて致命的
な欠点となるものである。

他方、一般に画像処理や気象解析などの分野では、高速
処理のために、第８図ｆａｌに示すような格子状ネット
ワーク構成のマルチプロセッサの利用が多く行われてい
る。

このような格子状ネットワークでは、各セル（○印で表
す）は上、下、左、右の隣接セルとのみ固定の通信路で
接続されている。このため、遠方のセル同士でデータ転
送を行う場合には、中間に存在する格子点のセルを中継
して行う必要があり、転送に時間がかかるという欠点が
あった。

そこで、各セル内に、中継処理なしにデータ転送を可能
にするデータパス（すなわちバイパス）を設け、これを
任意の通信ポート間にスイッチ回路で設定可能にして、
ネットワーク構成を変更できるようにした方式が提案さ
れている。第８図（ｂｌは、第８図（ａｌをこの提案方
式により変更したネットワーク構成の例を示したもので
ある。この例では、たとえばセルＡとセルＣとは、セル
Ｂ内にデータパスを設定することにより、実質的に直結
されたネットワーク構成となり、セルＡとセルＣとの間
では、隣接セルとしてのデータ転送が可能にされる。

第８図（Ｃ）に、各セルの概略構成を示す。

図において、８０はセル、８１は通信路、８２は通信ポ
ート、８３はデータ線、８４はスイッチ回路、８５はプ
ロセッサである。

セル８０内には、各通信路８１にそれぞれ接続された複
数の通信ポート８２があり、さらに各通信ポート８２間
を相互接続するデータ線８３とスイッチ回路８４とが設
けられている。各セル内でスイッチ回路８４を適宜制御
することにより、任意の通信ポート間にデータパスを設
定してネットワーク構成を変更し、任意のセル同士を直
結することができる。

［発明が解決しようとする問題点〕 従来のマルチプロセッサでは、放送対象セルの個数が多
い程放送に要する時間が長くなり、システムの処理効率
を低下させるという問題があった。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、マルチプロセッサの各セルが放送宛先セルで
あれば、受信した放送データを取り込むとともに、他セ
ルが放送宛先に含まれていれば。

放送データを受信した通信ポートと放送宛先の他セルに
向かう通信ポートとをスイッチ回路で直結してデータパ
スを設定し、他のセルに対する放送も可能にするもので
ある。

第１図に本発明の原理的構成を示す。

図において、１ＯＡないし１００はネットワークを構成
するセル、ＩＩＡＢ、ＩＩＢＤ、ＩＩＡＣ，１１ＣＤは
それぞれ通信路、１２ｕ、１２ｄ。

１２ｒ、１２１！はそれぞれ通信ポート、１３はデータ
線、１４はスイッチ回路、１５はプロセッサを表す、各
セル内の構成は同じである。

スイッチ回路１４は、任意の通信ポート（１２ｕ、１２
ｄ、１２ｒ、１２ｊりを、他の指定された任意の通信ポ
ート（１２ｕ、１２ｄ、１２ｒ。

１２１）と接続するように制御することができる。

プロセッサ１５は１通信ポート（１２ｕ、１２ｄ、　　
１２　ｒ、　　１２１りで受信した任意のデータを取り
込み、処理し、またデータをスイッチ回路１４を介して
選択した任意の通信ポートへ転送することができる。

さらにプロセッサ１５は８図示されていないホストプロ
セッサからの指令によりあるいは自己の動作の結果とし
てスイッチ回路１４の状態を制御し、また自己が発信元
となって放送を行うことができる。

〔作用〕

第１図において、たとえば、セルＩＯＡがセル１０Ｂお
よびセルＩＯＤに対して放送を行う場合。

セルＩＯＡのプロセッサ１５は、スイッチ回路１４を制
御し、セル１０Ｂに放送受信要求を通知した後、セルＩ
ＯＢ、ＩＯＤを宛先とする放送データを１通信ボー）１
２ｒからセルＩＯＢへ転送する。

セルＩＯＨのプロセッサ１５は、セルＩＯＡからのセル
ＩＯＢおよびセルｌＯＤを宛先とする放送受信要求を認
識すると、セルＩＯＤに放送受信要求を行い、またスイ
ッチ回路１４を制御して。

通信ボー）１２Ａ’から１２ｄへのデータパスを設定し
、セルＩＯＡから放送データを受信すると。

自セル内に取り込むと同時にセルＩＯＤへ転送する。

セルＩＯＤのプロセッサ１５は、セルＩＯＢからの放送
受信要求から自セルを放送宛先として識別すると、受信
準備を行い、放送データを受信すると、それを取り込む
。このようにして、放送が完了する。

放送は、任意個数のセルを宛先とすることができ、また
放送データを受信するセルが放送宛先に含まれていない
場合には、含まれている宛先セルに向けて放送データを
転送するようにスイッチ回路１４を制御し、対応する通
信ポート間にデータパスを設定する。これにより、セル
ＩＯＡからセルＩＯＢ、ＩＯＤに対して、放送データを
同時並行的に転送することができる。

〔実施例〕

第２図ないし第７図を用いて、第１図に示された本発明
の構成の１実施例を説明する。

第２図は、各セルのネットワークインタフェース部分の
構成を示したものである０図において。

１２　ｆｔ’、　　１２　ｒ’、　　１２ｕ’、　　１
２ｄ’はそれぞれ左。

右、上、下の送信ポート、１２Ｑ’、１２ｒ’、１２ｕ
”、１２ｄ’は同様に受信ポート、１４はスイッチ回路
、１６ｊ！、１６ｒ、１６ｕ、１６ｄはそれぞれ左、右
、上、下のスイッチ、１７はスイッチ制御レジスタ、１
Ｂ１．１８ｒ、１８ｕ、１８ｄはそれぞれ左、右、上、
下の送信部、　　１９７１．　１９ｒ、１９ｕ、１９ｄ
はそれぞれ左、右、上、下の受信部、２０はデータパス
である。なお、送信ポート１２１′ないし１２ｄ′と受
信ポート１２ｆｆｉ＃ないし１２ｄ″とは、各１対とな
って、第１図の通信ポート１２１ないしＬ２ｄに対応し
ている。

左、右、上、下の各スイッチ１６１ないし１６ｄは、そ
れぞれ対応する左、右、上、下の送信部の出力と、受信
ポート１２Ｕ＃ないし１２ｄ′とを入力とし、スイッチ
制御レジスタ１７の値によって指示された入力を選択す
る。

データパス２０は、第１図のプロセッサ１５に接続され
、受信ポート１２Ｑ、′ないし１２ｄ′のいずれかに入
力されたデータを、対応する受信部１９１ないし１９ｄ
を介してプロセッサ１５へ転送し。

またプロセッサ１５から出力されたデータを、送信部ｔ
ＳＺないし１８ｄを介してスイッチ回路１４へ転送する
。

各通信ポート（送信ポートおよび受信ポート）は、デー
タ線とクロック線の２本を用いて、■パケットを単位と
したシリアルデータ転送を行う。

パケット単位の同期手段として、スタートビットとスト
ップビットをパケットの先頭と最後に付加して、１１歩
同期転送をする。１つのパケットは。

３ビツトのヘッダ部と１６ビツトのデータ部からなる。

パケットとして３種類を用意し、３ビツトのヘッダ部に
よりパケットの種類を区別する。通信ポート部分の構成
のうちデータ送信部を第３図に、データ受信部を第４図
に示す。

第３図の送信部において、２１は入力レジスタ。

２２はパラレル−シリアル変換用のシフトレジスタ、２
３は送信要求調停部、２４はデータ長カウンタである。

送信データは、１６ビツトで構成され、データパス２０
　（第２図）から入力レジスタ２１に書き込まれ、続い
てシフトレジスタ２２のデータ部に書き込まれる。

送信要求調停部２３は、送信するパケットがデータパケ
ットか１割り込みパケットか、ＡＣＫパケットかにした
がって、シフトレジスタ２２のヘッダ部にその種別コー
ドを書き込み９次にデータ長カウンタ２４に送信開始信
号を印加するとともに送信クロックを発生して、シフト
レジスタ２２からシリアルデータを１ビツトずつ出力さ
せる制御を行う。

送信クロックはデータ長カウンタ２４にも印加される。

データ長カウンタ２４は、パケット送信終了を検出する
。

第４図の受信部において、２５はシリアル−パラレル変
換用のシフトレジスタ、２６はスタートビット検出回路
、２７はデータ長カウンタ、２８は出力レジスタ、２９
はヘッダ解釈部である。

受信部が受信したパケットのシリアルデータおよび送信
クロックは、シフトレジスタ２５に入力される。

スタートビット検出回路２６は、シリアルデータ中のス
タートビットＳＢを検出すると、データ長カウンタ２７
を起動し、以後シリアルデータの順次のビットがシフト
レジスタ２５中に書き込まれるごとに１ずつカウントさ
せる。

データ長カウンタ２７が規定のデータ長に達したことを
検出すると、受信終了パルスを出力レジスタ２８に印加
する。出力レジスタ２８には、これによりシフトレジス
タ２５のデータ部が並列に書き込まれる。

またヘッダ解釈部２９は、シフトレジスタ２５のヘッダ
部を読み出し、パケットの種別コードを解釈し９割り込
み受信か、データ受信か、ＡＣＫ受信かを識別する。

出力レジスタ２８の内容（データ）は、読み出し信号に
より、データパス２０　（第２図）上に読み出される。

第５図にスイッチ回路の構成を示す。

図において、１６１〜ｄはスイッチ、１７はスイッチ制
御レジスタ、１８ｆ−ｄは自セルの送信部である。

スイッチ１６ｊ〜ｄは、４つの受信ポートから入って来
た入力データおよびクロックの組と、自セルの送信部１
８Ｅ〜ｄからの送信データおよびクロックの組とのうち
から１つを選択して、送信ポートに出力する。スイッチ
１６１〜ｄの選択位置は、スイッチ制御レジスタ１７の
値にしたがって制御される。スイッチ制御レジスタ１７
の値は。

プロセッサ１５（第１図）により、データパス２０（第
２図）を介して与えられる。

次にデータ通信のプロトコルについて説明する。

データ通信は、パケットを最小のデータ単位として行う
、プロセッサが書き込んだデータは、送信部でパラレル
−シリアル変換され、ヘッダとスタートビット、ストッ
プビットを付加されて出力される。

受信部では、シリアルデータを受信するとシリアル−パ
ラレル変換を行い、ヘッダを解釈する。

受信側のプロセッサがデータを読み出すと、送信ポート
からＡＣＫパケットを送信する。送信側のプロセ、すは
、送り先のセルからのＡＣＫパケフトの受信を待って次
のデータを送信する。

第６図にパケットの構成例を示す。

（ａｌのパケット形式は、ヘッダ部が３ビツトデータ部
が１６ビツトであることを示す。

（ｂ）のデータパケットは、データの転送に使用される
。（Ｃ）の割り込みパケットは、このパケ７）を受信し
たセルのプロセッサに割り込みをかけるために使用され
る。通常は、データ転送の最初に割り込みパケットを使
用して相手のセルにデータ転送の準備を依転する。その
後世）のデータパケットを使用して、データを転送する
。セルは放送受信状態になったとき１通常の割り込みパ
ケットを受は付けなくされる。（ｄ）のマスク不能割り
込みパケットは、この状態でも割り込みをかけるために
使用する。（ｅ）のＡＣＫパケットは、データの受信が
完了したことを示すパケットで、逆方向の通信路に挿入
されて送られる。

次に放送受信モードの設定と解除について説明する。

各セルのプロセッサは１通常モードと放送受信モードの
２つの状態をもち１個々に独立に自分のネットワーク上
での状態を設定することができる。

個々のセルを通常モードとするか放送受信モードとする
かは、Ｉ＆初にホスト計算機等から設定することができ
る。また各セルが個別の処理を実行して行く途中で、動
的に変更してゆくことができる。

第７図（ａｌに９通常モードにおけるデータ転送のルー
ト例を示し、第７図（ｂｌに、放送受信モードにおける
データ転送のルート例を示す０図中のＡ。

Ｂ、Ｃ，Ｄはセルを表す。

あるセルＡが隣のセルＢとＢにとって隣のセルＣにデー
タを放送したい場合は、以下の手順を踏む。

■　セルＡは１割り込みパケットを隣のセルＢに送信し
処理要求があることをしらせる。

■　割り込みされたセルＢは１割り込みの要因を解析し
、対応する処理（この場合は、Ａによる放送受信モード
セット）を開始する。

■　放送受信モード処理を行うセルＢは、放送受信モー
ド要求先の通信ポート（この場合Ｃへの通信ポート）が
使用中かどうか調べる。使用中なら、放送受信モード不
可能の返事を要求元セルＢへ返し処理終了する。使用中
でないならば。

Ｃへの送信ポートとＡへの送信ポートを使用中の状態に
セットする。

■　セルＢは、セルＣに対してＢへの送信ポートを使用
中の状態にセントするために割り込みパケットを送る。

セルＣは９割り込み処理（この場合は、ポートの状態チ
ェック）をする。

■　セルＣは、セルＢへの送信ポートが使用中でないな
ら、Ｂへの送信ポートを使用中の状態にセットし、放送
受信モード可能の返事をセルＢに返す、セルＣのセルＢ
への送信ポートが使用中だったなら、セルＣは、放送受
信モード不可能の返事をセルＢに返す。

■　セルＢは、セルＣからの返事を待っている。

セルＣからの返事が、放送受信モード可能ならば、セル
Ｂは、セルＡへ放送受信モード可能の返事を返し、返事
の送信終了と共に放送受信モードスイッチを切り換えて
、放送受信モード状態にする。セルＣからの返事が放送
受信モード不可能ならば、セルＢは、セルＡへ放送受信
モード不可能の返事を返し、処理を終了する。

このような手順により、放送受信モニド設定の際のデッ
ドロックを回避できる。

■　放送受信モードになったセルは、マスク不能割り込
みパケットによってのみ割り込みがかかり１通常の割り
込みパケットによる割り込みは。

受は付けない、また放送元からの総てのデータは、その
まま、すぐ隣の放送元セルへ送られる。

■　さらに、セルＣの隣のセルＤへも放送をしたい場合
は、セルＢが放送受信モードになった後。

セルＡからセルＣに接続している放送元に放送受信モー
ド設定を行う、放送受信モード設定は。

通常の割り込みパケットにより行われるので。

セルＢには一切の影響を与えない。

■から■の手順を繰り返し適用することにより。

ネットワーク上の任意の一筆書きのルート上に有るセル
群に対してデータの放送を行うことができる。

また放送のルートは、互いに重ならない限り。

幾つでも設定できる。

次に、データの放送とその後の放送受信モードの解除に
ついて説明する。

■　一旦セルが放送受信モードにセントされると。

放送受信モードになったセル（この場合Ｂ）は。

放送元のセルＡからマスク不能割り込みパケットによる
放送開始メツセージを待つ、放送開始メツセージを受け
たセルは、放送受信の準備をする。

０　放送開始メツセージ及び放送データのＡＣＫパケッ
トは、放送を受信するセル群のうち、一番遠方にあるセ
ルが返す、ルートの途中のセルは、一つ遠方のセルから
のＡＣＫを確認してから一つ前のセルにＡＣＫを返す。

［相］′放送元セルは、放送を受信するセル群がデータ
を受信するのに必要な時間にたいして十分な金糸をとっ
た時間間隔でデータを放送することにより、データ受信
側でのＡＣＫパケットの確認を省略することができる。

設定された放送受信モードは、設定光のセルがマスク不
能割り込みパケットによる放送終了パケットを送信する
ことにより解除される。放送受信モードのセルは放送終
了パケットを確認したなら。

直ちに放送受信モードを解除する。

〔発明の効果〕

本発明によれば５通常は格子状配列のセルからなるマル
チプロセッサであっても、放送時に、放送宛先の任意格
子点の任意数のセルを直結したネットワーク構成とし、
同時並行的に放送データを転送することができるため、
従来方式にくらべて格段に高速に放送動作を行わせるこ
とが可能となり、マルチプロセッサの処理効率の向上が
図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成図５第２図ないし第７図は
本発明の実施例構成を示す図であって。 第２図はセルのネットワークインタフェース部分の構成
図、第３図は送信部の構成図、第４図は受信部の構成図
、第５図はスイッチ回路の構成図。 第６図はパケットの構成例の説明図、第７図は通常モー
ドと放送受信モードにおけるルート例の説明図、第８図
は本発明が基礎とするネットワーク構成が変更できるマ
ルチプロセッサの説明図である。 第１図中。 １ＯＡＮｌＯＤ：セル １２ｕ　〜１２ｄ：通信ポート １４：スイッチ回路 １５：プロセッサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の通信ポート（１２Ｅ〜１２ｄ）と、前記複数の通
   信ポート（１２１〜１２ｄ）の任意のものの間にデータ
   パスを設定可能なスイッチ回路（１４）とをそれぞれそ
   なえた複数個のプロセッサエレメントのセル（１０Ａ〜
   １０Ｄ）でネットワーク構成され、前記スイッチ回路（
   １４）を切り換えることにより、セル間の接続を変更す
   ることなしにネットワーク構成を変更するマルチプロセ
   ッサにおいて、 放送時に任意の１つのセルは、他セルを宛先として含む
   放送データを受信した際、前記放送データが宛先の他セ
   ルに向けて直接転送されるように前記スイッチ回路（１
   ４）を制御して、放送データを受信した通信ポートと、
   宛先の他セルに向かう通信ポートとの間にデータパスを
   設定することを特徴とする放送時におけるマルチプロセ
   ッサのネットワーク構成方式。