RU2110088C1 - Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой - Google Patents

Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой Download PDF

Info

Publication number
RU2110088C1
RU2110088C1 RU94024078A RU94024078A RU2110088C1 RU 2110088 C1 RU2110088 C1 RU 2110088C1 RU 94024078 A RU94024078 A RU 94024078A RU 94024078 A RU94024078 A RU 94024078A RU 2110088 C1 RU2110088 C1 RU 2110088C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
matrix
outputs
arithmetic
Prior art date
Application number
RU94024078A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94024078A (ru
Inventor
Г.И. Бачериков
В.И. Геворкян
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Парком"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Парком" filed Critical Закрытое акционерное общество "Парком"
Priority to RU94024078A priority Critical patent/RU2110088C1/ru
Publication of RU94024078A publication Critical patent/RU94024078A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2110088C1 publication Critical patent/RU2110088C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для создания высокоскоростных систем обработки больших потоков данных в реальном режиме времени. Целью изобретения является повышение быстродействия процессора за счет одновременного выполнения нескольких программ и повышения скорости обмена с внешней оперативной памятью и внешними устройствами. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство введены блок начальной загрузки, регистр-счетчик адреса и N арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, которые вместе с первым арифметико-логическим устройством на однородной вычислительной структуре объединены в матрицу арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, причем каждое арифметико-логическое устройство на однородной вычислительной структуре матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре связано входами и выходами с соседними арифметико-логическими устройствами на однородной вычислительной структуре или с соответствующими входами и выходами матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для создания высокоскоростных систем обработки больших потоков данных в реальном режиме времени.
Известен процессор на основе однородной вычислительной перепрограммируемой структуры, состоящий из блока приема информации, блока коммутации, блока диспетчеризации, блока программного управления и N устройств обработки данных.
Недостатками его являются ограничение быстродействия, вызванное резким усложнением коммутатора при росте числа устройств обработки данных, ограничение скорости обмена с внешними устройствами, вызванное наличием одного блока приема информации, невозможность параллельного выполнения нескольких программ.
Наиболее близким к описываемому процессору является компьютер, в котором арифметико-логический блок выполнен на однородной перепрограммируемой структуре и введены блок управления, блок настройки и блок формирования макрокоманд, выход которого соединен со вторым управляющим входом блока управления памятью, а вход - со вторым выходом регистра команд, второй вход которого соединен с первым выходом постоянного запоминающего устройства команд, а третий выход подключен к первому управляющему входу устройства ввода-вывода, второй информационный выход которого подключен к первому входу блока управления, а второй информационный вход соединен с первым выходом блока контроля, первый вход которого соединен с контрольным выходом блока управления памятью, а второй и третий выходы подключены соответственно к контрольному выходу блока настройки и первому выходу блока управления, второй вход которого соединен со вторым выходом блока контроля, третий вход блока управления соединен со счетчиком команд, а четвертый вход подключен к первому выходу блока настройки, второй выход блока управления соединен с постоянным запоминающим устройством программ, второй выход которого подключен к третьему управляющему входу блока управления памятью, третий выход блока управления соединен с первым входом постоянного запоминающего устройства команд, второй вход которого подключен ко второму выходу блока настройки, а второй выход соединен с первым управляющим входом арифметико-логического блока, управляющий выход которого соединен со счетчиком команд, а второй управляющий вход подключен к третьему выходу блока настройки, вход которого соединен с четвертым выходом блока управления.
Недостатками его являются ограничение быстродействия, ограничение скорости обмена с внешними устройствами, вызванное наличием одного устройства ввода-вывода, невозможность параллельного выполнения нескольких программ.
Целью изобретения является повышение быстродействия процессора за счет одновременного выполнения нескольких программ и повышения скорости обмена с внешней оперативной памятью и внешними устройствами.
Указанная цель достигается тем, что в известном компьютере, содержащем арифметико-логическое устройство на однородной вычислительной структуре, первый и второй регистры, блок управления, постоянное запоминающее устройство команд и оперативное запоминающее устройство, выход которого соединен с первым входом первого регистра, а первый вход - с выходом второго регистра, введены блок начальной загрузки, регистр-счетчик адреса и арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, которые вместе с первым арифметико-логическим устройством на однородной вычислительной структуре объединены в матрицу арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, причем каждое арифметико-логическое устройство на однородной вычислительной структуре матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре связано входами и выходами с соседними арифметико-логическими устройствами на однородной вычислительной структуре или с соответствующими входами и выходами матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, при этом выход каждого разряда первого регистра через первый управляющий вход матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре соединен с первым управляющим входом соответствующего арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре, вторые управляющие входы которых через второй управляющий вход матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре соединены с выходами соответствующих разрядов второго регистра, а первый из выходов матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре соединен с первым входом блока управления, второй выход соединен с первым входом второго регистра, третий выход соединен с первым входом регистра-счетчика адреса, четвертый выход соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства, а пятый выход соединен со вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока начальной загрузки, первый выход связан со вторым входом второго регистра, второй выход связан со вторым входом первого регистра, третий выход связан с третьим входом оперативного запоминающего устройства, четвертый выход связан с первым входом постоянного запоминающего устройства команд, а пятый выход - со вторым входом регистра-счетчика адреса, выход которого связан с четвертым входом оперативного запоминающего устройства и со вторым входом постоянного запоминающего устройства команд, выход которого связан с первым входом первого регистра, третий вход которого связан с шестым выходом блока управления, с третьим входом второго регистра и с третьим входом регистра-счетчика адреса.
На фиг. 1 представлена структурная схема описываемого параллельного процесса с перепрограммируемой структурой на базе девяти арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре; на фиг. 2 - структурная схема арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре; на фиг. 3 - структурная схема блока начальной загрузки; на фиг. 4 - структурная схема блока управления; на фиг. 5 - структурная схема параллельного компьютера на основе параллельного процессора с перепрограммируемой структурой.
На фиг. 1-5 приняты следующие обозначения:
1 - арифметико-логическое устройство на однородной вычислительной структуре, 2, 3 - первый и второй регистры, 4 - блок управления, 5 - постоянное запоминающее устройство команд, 6 - оперативное запоминающее устройство, 7 - блок начальной загрузки, 8 - регистр-счетчик адреса, 9-16 - арифметико-логические устройства на однородной вычислительной структуре, 17 - матрица арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, 18-26 - ячейки однородной вычислительной структуры, 27 - одновибратор, 28 - резистор, 29 - конденсатор, 30 - счетчик, 31 - постоянное запоминающее устройство, 32, 33, 34, 35 - параллельные процессоры с перепрограммируемой структурой, 36, 37, 38, 39 - внешние оперативные запоминающие устройства, 40, 41, 42, 43 - внешние устройства.
На фиг. 1 представлена структурная схема описываемого параллельного процессора с перепрограммируемой структурой на базе девяти арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре (N=8). Он содержит N+1 арифметико-логических устройств 1, 9-16, объединенных в матрицу 17, первый 2 и второй 3 регистры, блок 4 управления, постоянное запоминающее устройство команд 5, оперативное запоминающее устройство 6, блок 7 начального пуска, регистр-счетчик адреса 8. На фиг. 1 выходы матрицы арифметико-логических устройств 17 с первого по пятый соединены с соответствующими выходами первого и девятого арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре. Но так как все выходные сигналы, выдаваемые из матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, вырабатываются программным путем, то соответствующая программа может быть записана в любое из арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, имеющих связь с выходами матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17, а выходы матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17 с первого по пятый могут быть соединены с соответствующими выходами соответствующих арифметико-логических устройств. Входы и выходы матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17 предназначены для выполнения следующих функций:
- первый управляющий вход является векторным, при этом выход каждого разряда первого регистра 2 через первый управляющий вход матрицы арифметико-логических устройств 17 соединен с первым управляющим входом соответствующего арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 18-26 и служит для ввода программы в арифметико-логические устройства 18-26;
- второй управляющий вход является векторным, при этом выход каждого разряда второго регистра 3 через второй управляющий вход матрицы арифметико-логических устройств 17 соединен со вторым управляющим входом соответствующего арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 18-26 и служит для включения режима ввода программы в арифметико-логические устройства;
- первый выход инициирует перезагрузку программы (программ) в матрице арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17;
- второй выход выдает во второй регистр 3 информацию для записи в оперативное запоминающее устройство или маску, определяющую в какие арифметико-логические устройства на однородной вычислительной структуре будет вводиться программа;
- третий выход выдает начальный адрес записываемой или загружаемой программы;
- четвертый выход выдает в оперативное запоминающее устройство режим записи или чтения;
- пятый выход выдает сигнал инициализации работы блока управления.
На фиг. 2 представлена структурная схема арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 1, 9-16. Оно состоит из M ячеек однородной вычислительной структуры 18-26 (фиг. 2, M=9), например, может быть использована ячейка однородной вычислительной структуры. Каждая ячейка однородной вычислительной структуры 18-26 имеет по одному программному входу и выходу и по несколько информационных входов и выходов (на фиг. 2 их по четыре). Все программные входы-выходы ячеек одного арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 1, 9-16 последовательно соединены друг с другом и с одним из разрядов первого регистра 2. Программа записывается по одной команде в каждую ячейку однородной вычислительной структуры 18-26. Информационные входы-выходы каждой ячейки соединены с ближайшими соседями. В ячейке однородной вычислительной структуры 18-26 есть командный регистр (не показан), содержимое которого определяет, какую операцию выполняет ячейка однородной вычислительной структуры 18-26 и с какими соседними ячейками однородной вычислительной структуры 18-26 она программно связана.
Все ячейки жестко синхронизированы от общего генератора (не показан), то есть выполняют каждая свою команду одновременно. Данные в последовательном коде без задержки бит за битом передаются соседним ячейками или выдаются наружу для связи с внешними оперативными запоминающими устройствами 36-39 или внешними устройствами 40-43. Входы и выходы арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 18-26 предназначены для выполнения следующих функций:
- первый управляющий вход через первый управляющий вход матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17 соединен с одним из разрядов первого регистра 2 и служит для ввода программы в арифметико-логические устройства 18-26;
- второй управляющий вход через второй управляющий вход матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17 соединен с одним из разрядов второго регистра 3 и служит для включения режима ввода программы в арифметико-логические устройства на однородной вычислительной структуре 18-26;
- информационные входы и выходы служат для передачи информации в последовательном виде от одного процессора к другому.
На фиг. 3 представлена структурная схема блока начальной загрузки 7, который содержит одновибратор 27, срабатывающий при включении питания, резистор 28 и конденсатор 29. Выход блока начальной загрузки 7 предназначен для выдачи сигнала запуска блока управления при включении питания.
На фиг. 4 представлена структурная схема блока управления 4, который состоит из счетчика 30 и постоянного запоминающего устройства 31, содержащего запись временной диаграммы. Выходы блока управления 4 соединены с соответствующими разрядами постоянного запоминающего устройства 31. Счетчик 30 запускается по сигналу из блока начальной загрузки 7 или из матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17. Последовательный перебор адресов обеспечивает считывание временной диаграммы и выдачу сигналов управления на соответствующие выходы.
Входы и выходы блока управления выполняют следующие функции:
- первый вход инициирует перезагрузку программы (программ) в матрице арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17;
- второй вход предназначен для инициализации работы блока управления;
- третий вход предназначен для запуска блока управления при включении питания;
- первый выход разрешает прием во второй регистр 3;
- второй выход разрешает прием в первый регистр 2;
- третий выход выдает сигнал обращения к оперативному запоминающему устройству 6;
- четвертый выход выдает сигнал обращения к постоянному запоминающему устройству команд 5;
- пятый выход разрешает прием в регистр-счетчик адреса 8;
- шестой выход выдает сигнал начальной установки.
На фиг. 5 в качестве примера применения представлена структурная схема компьютера на основе параллельного процессора с перепрограммируемой структурой. Четыре параллельных процессора 32-35 соединены друг с другом внешними входами и выходами арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, которым подключены также внешние устройства 40-43 и блоки внешних оперативных запоминающих устройств 36-39. Быстродействие такого компьютера может достигать триллиона операций в секунду.
Устройство работает следующим образом. Блок управления 4 по сигналу перезагрузки из блока начальной загрузки 7 или по сигналу с первого выхода матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17 записывает начальный адрес выполняемой программы, выдаваемый по третьему выходу матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17, в регистр-счетчик адреса 8. Одновременно во второй регистр 3 со второго выхода матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 17 записывается информация о том, в какие арифметико-логические устройства на однородной вычислительной структуре 1, 9-16 будет записываться программа. Второй управляющий вход каждого арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 1, 9-16 соединен с одним из разрядов второго регистра 3. Наличие "1" в этом разряде означает, что соответствующее арифметико-логическое устройство на однородной вычислительной структуре 1, 9-16 находится в режиме перезаписи программы, наличие "0" - в режиме выполнения программы. В процессе записи программы каждая из ячеек однородной вычислительной структуры 18-26 получает свою команду.
Далее значение регистра-счетчика адреса 8 увеличивается и дается сигнал на считывание из оперативного 6 или постоянного 5 запоминающих устройств в первый регистр данных 2, откуда программа поступает в арифметико-логические устройства на однородной вычислительной структуре 1,9-16. Блок управления 4 выдает сигнал окончания ввода программы, после чего регистр-счетчик адреса 8 и счетчик 30 блока управления сбрасываются в "0", одновременно сбрасывается в "0" и второй регистр 3, что означает запуск программ в тех арифметико-логических устройствах на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, в которые она вводилась (в остальных арифметико-логических устройствах на однородной вычислительной структуре 1, 9-16 продолжается выполнение ранее введенных программ). Перед началом запуска выполняемая программа (их может быть несколько) должна быть записана в оперативное запоминающее устройство 6 или в постоянное запоминающее устройство команд 5. Причем программы для одного арифметико-логического устройства 1, 9-16 записываются в один разряд соответствующего количества слов оперативного запоминающего устройства 6 или постоянного запоминающего устройства команд 5. Это делается из арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, имеющего связь со вторым регистром. На время выполнения программа переписывается и хранится в арифметико-логическом устройстве на однородной вычислительной структуре 1, 9-16. Первой программой, вводимой в арифметико-логические устройства на однородной вычислительной структуре 1, 19-16, является программа начальной загрузки, обеспечивающая связь параллельного процессора с перепрограммируемой структурой 32-35 с другими параллельными процессорами с перепрограммируемой 32-35 и внешними устройствами 40-43, в частности, с рабочим местом оператора, и хранящаяся в постоянном запоминающем устройстве команд 5. Далее смена и запуск программ происходит по запросам оператора, арифметико-логического устройства на однородной вычислительной структуре 1,9-16 или внешних устройств 40-43, или другого параллельного процессора с перепрограммируемой структурой 32-35).
Поставленная цель достигается тем, что на период выполнения программы на одном или нескольких арифметико-логических устройствах на однородной вычислительной структуре 1, 9-16 создается для данной программы, причем программа хранится непосредственно в арифметико-логических устройствах на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, а также одновременной работой большого количества ячеек однородной вычислительной структуры 18-26.
Быстродействие параллельного процессора с перепрограммируемой структурой 32-35 может достигать сотен миллиардов операций в секунду. Программа может быть перезаписана полностью или частично из оперативного запоминающего устройства 6 или постоянного запоминающего устройства команд 5, что обеспечивает динамическую реконфигурацию вычислительной структуры в ходе выполнения программы и позволяет выполнять одновременно несколько программ. Увеличение скорости обмена с внешними оперативными запоминающими устройствами 36-39, другими параллельными процессорами с перепрограммируемой структурой 32-35 и внешними устройствами 36-39 достигается за счет большого количества входов-выходов арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, входящих наружу, и тем, что на период выполнения программы в арифметико-логическом устройстве на однородной вычислительной структуре 1, 9-16, к которому подключено внешнее устройство 36-39, создается специализированная вычислительная конвейерная структура, оптимальная для операций обмена в данной программе.

Claims (1)

  1. Параллельный процессор, содержащий матрицу процессорных элементов, каждый из которых соединен соответствующими входами и выходами с соседними процессорными элементами матрицы, при этом одноименные входы и выходы крайних процессорных элементов матрицы образуют соответствующие входы и выходы матрицы, первый и второй буферные регистры, блок управления, счетчик адреса, постоянное и оперативное запоминающие устройства, первый и второй выходы блока управления соединены с входами управления постоянного и оперативного запоминающих устройств, адресные входы которых подключены к выходу счетчика адреса, вход управления которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый и пятый выходы которого подключены к входам разрешения приема первого и второго буферных регистров, входы начальной установки которых соединены с шестым выходом блока управления и входом начальной установки счетчика адреса, выход каждого разряда первого буферного регистра через первый управляющий вход матрицы соединен с первым управляющим входом соответствующего процессорного элемента матрицы, первый выход которой соединен с информационным входом второго буферного регистра, отличающийся тем, что он содержит блок начальной загрузки, а каждый процессорный элемент выполнен в виде матрицы однородных вычислительных ячеек, при этом выход блока начальной загрузки соединен с входом запуска блока управления, вход инициализации работы которого подключен к второму выходу матрицы процессорных элементов, через второй управляющий вход которой выходы разрядов второго буферного регистра соединены с вторыми управляющими входами соответствующих процессорных элементов матрицы, третий выход которой соединен с входом задания начального адреса счетчика адреса, четвертый выход матрицы процессорных элементов соединен с входом задания режима оперативного запоминающего устройства, информационный вход которого подключен к выходу второго буферного регистра, информационный вход первого буферного регистра соединен с выходами постоянного и оперативного запоминающих устройств.
RU94024078A 1994-07-06 1994-07-06 Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой RU2110088C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94024078A RU2110088C1 (ru) 1994-07-06 1994-07-06 Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94024078A RU2110088C1 (ru) 1994-07-06 1994-07-06 Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94024078A RU94024078A (ru) 1996-05-27
RU2110088C1 true RU2110088C1 (ru) 1998-04-27

Family

ID=20157744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94024078A RU2110088C1 (ru) 1994-07-06 1994-07-06 Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2110088C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000011564A1 (fr) * 1998-08-19 2000-03-02 Minitera Ltd. Systeme de calcul uniforme comportant une structure programmable a deux couches
WO2002099670A1 (fr) * 2001-06-06 2002-12-12 Gennadiy Ivanovich Bacherikov Systeme de calcul parallele a architecture programmable
RU2502126C1 (ru) * 2012-05-04 2013-12-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южный федеральный университет Многопроцессорная вычислительная система

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000011564A1 (fr) * 1998-08-19 2000-03-02 Minitera Ltd. Systeme de calcul uniforme comportant une structure programmable a deux couches
WO2002099670A1 (fr) * 2001-06-06 2002-12-12 Gennadiy Ivanovich Bacherikov Systeme de calcul parallele a architecture programmable
RU2502126C1 (ru) * 2012-05-04 2013-12-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южный федеральный университет Многопроцессорная вычислительная система

Also Published As

Publication number Publication date
RU94024078A (ru) 1996-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6961841B2 (en) Multiprocessor computer architecture incorporating a plurality of memory algorithm processors in the memory subsystem
JPH076080A (ja) フィールド・プログラマブル分散処理メモリ
US6948045B2 (en) Providing a register file memory with local addressing in a SIMD parallel processor
EP0931380A1 (en) Reconfigurable computing system
JPH05108341A (ja) マイクロプロセツサ
US5420997A (en) Memory having concurrent read and writing from different addresses
RU2110088C1 (ru) Параллельный процессор с перепрограммируемой структурой
US6327648B1 (en) Multiprocessor system for digital signal processing
JP2680828B2 (ja) ディジタル装置
KR20230034386A (ko) 레지스터 데이터 소거
EP0290467A1 (en) Apparatus and method for a microprogrammed data processing system having a plurality of control stores
JPS5931740B2 (ja) 記憶装置制御方式
SU1675899A1 (ru) Устройство дл обработки информации
SU951991A1 (ru) Вычислительна машина
CA2515283C (en) Multiprocessor computer architecture incorporating a plurality of memory algorithm processors in the memory subsystem
SU750488A1 (ru) Устройство управлени
SU1737454A1 (ru) Устройство дл запоминани трассы функционировани многопроцессорных систем
JP2000029508A (ja) プログラマブルコントローラ
SU1164688A1 (ru) Устройство дл параллельного обмена информацией
JP3039054B2 (ja) 画像処理装置
JPS5833584B2 (ja) 情報処理装置
SU1151961A1 (ru) Устройство микропрограммного управлени
RU15798U1 (ru) Вычислительная система
SU1156080A1 (ru) Двухпортовое устройство сопр жени в вычислительной системе
KR950703177A (ko) 거대병렬 컴퓨터 장치(advanced massively-parallel computer apparatus)