SU1354192A1 - Микропрограммное устройство управлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при построении устройств управлени  систолических, матричных, конвейерных и других мультипроцессорных систем, использующих параллельную обработку информации. Цель изобретени  - расширение области применени  за счет реализации программируемой динамической адаптации маршрутов передачи данных. Дл  этого в устройство, содержащее блок пам ти .программ, блок управл ющей пам ти, два регистра адреса, два регистра микрокоманд, мультиплексор логических УСЛОВИЙ, триггеры пуска и программировани , генератор тактовых- импульсов , два коммутатора, два элемента ИЛИ, два элемента И и первый элемент задержки, введены регистр управлени , блок формировани  адреса, мультиплексор программировани , с третьего по седьмой элементы ИЛИ и с второго по четвертый элементы задержки с соответствующими св з ми. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

Description

11

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при построении устройств управлени  систолических, матричных9 конвейерных и других мультипроцессорных систем, использующих параллельную обработку информации.

Цель изобретени  - расширение об - ласти применени  устройства за счет реализации программируемой динамической адаптации маршрутов передачи данных.

На фиг.1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - функцио нальна  схема блока формировани  адреса; на фиг.З - устройство в составе систолического процессора; на фиг.4 - блок-схема алгоритме функционировани  устройства.

Микропрограммное устройство управлени  (фиг.1) содержит блок 1 пам ти программ, блок 2 управл ющей пам ти , регистр 3 управлени , первый регистр 4 адреса, первый регистр 5 микрокоманд, второй регистр 6 адреса второй регистр 7 микрокоманд,триггер 8 пуска RS-типа, триггер 9 программировани  RS-типа, генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), первый 11 и второй 12 комь утаторы,первый мультиплексор 13, мультиплексор 14 логических условий,блок 15 формировани .адреса , первый 16 и второй 17 элементы И, первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21, п тьм 22, шестой 23 и седьмой 24 элементы ИЛИ, пер- вьш элемент 25 задержки, синхровход 26 регистра 5, второй 27, третий 28 и четв.ертый 29 элементы задержки.Так же показаны синхровход 30 регистра 7 вход 31 кода операции, вход 32 признака перепрограммировани ,, вход 33 запуска, вход 34 прерывани  и вход 35 логических условий устройства, вьпсод 36 кода операции, выход 37 пол  конфигурации, выход 38 пол  приема данных, выход 39 пол  адреса занесени  информации, выход 40 пол  адреса считывани , выход 41 пол  выда- чи данных устройства.

Блок 15 формировани  адреса (фиг.2 содержит счетчик 42 индексации столбцов , счетчик 43 индексации строк, регистр 44 адреса, первый 45, второй 46 и третий 47 элементы И, счетчик 43 имеет выход 48. Кроме того, блок 15 содержит четвертый элемент И 49,, первый 50 и второй 51 элементы ИЛИ,

922

первый 52 и второй 53 одновибраторы по фронту импульса с задёрлской и элемент 54 задержки.

Микропрограммное устройство управлени  на фиг.З показано в структуре систолического процессора. Систолический процессор в общем случае содержит микропрограЬ{мное устройство 55 управлени , входной буфер.56, входной коммутатор 57 (К1), программируемую систолическую матрицу 58 (ПСМ), выходной коммутатор 59 (К2) и выходной буфер 60, которые осуществл ют св зь с управл ющей машиной через шину данных (ШД). Это позвол ет добитьс  гибкости в функционировании систолического процессора и получении результата вычислений в программируемой систолической матрице (СМ), в которой возможно как программирование каждого процессорного элемента (ПЭ) в массиве, так и конфигурации св зей между ними (марифутов прохождени  данных), что позвол ет использовать в устройстве преимущества программируемой динамической адаптации: гибкость, высокое быстродействие, относительную универсальность при решении определенного класса задач.

Функционирование устройства основано на двух основных режимах: настройка ПЭ в систолическом процессоре (СП) на 51МД- или М1МД-обработ- ку (блок I); решени  задачи на СП с использованием динамической адаптации структуры процессора и марш-ру- тов передачи данных в процессоре (блоки II-V),

Мультиплексор 14 логических условий предназначен дл  реализации логической функции р

V ,V Х; , у,где х- - значение i-ro логического

услови  на входе 35 устрой- ства ,

У;

.Л

kj, если в соответствующем разр де пол  7.6 регистра 7 аписана

I k:, если в соответствую- j щем разр де пол  7.6 регис ра 7 записан О.

га - разр дность кода логических условий, поступающего на вход 35 устройства;

р - разр дность пол  логических условий регистра 7, причем

/1 Ш

Р 2 .

Микропрограммное устройство управлени  функционирует в двух режимах: режим программировани  ПЭ СМ на 51МД- или М1МД-обработку; режим выработки управл ющих сигналов с программируемой динамической адаптацией структуры СП и маршрутов передачи данных в СП.

Режим программировани  ПЭ СМ на 51МД- или М1ВД-обработку инициируетс  одновременной подачей двух единичных импульсов на входы 32 и 33 устройства, которые устанавливают триггеры 9 и 8 соответственно в нулевое и единичное состо ни  (фиг.1). Кроме того, импульс, поступающий на вход 33 устройства, обнул ет все регистры устройства, подготавлива  их к работе. Единичное состо ние триггера 8 обеспечивает запуск ГТИ 10, последовательность импульсов которого синхронизирует работу устройства .

На вход 31 устройства подаетс  код операции (команда) с управл ющей машины. Эта информаци  заноситс  и хранитс  до следующего приема команды в регистр 3. Формат записанной команды состоит из четырех основных частей и хранитс  в пол х 3.1-3.4 регистра 3. Поле 3.1 регистра 3 хранит код операции, на который необходимо настроить все ПЭ СМ (в случае 51МД-организации), или код операции микропрограммы (блока 1 пам ти ) , по которому каждому ПЭ СМ с помощью блока 15 присвоен свой код операции , которую он выполн ет в процес- g мутатора 11 (по единичному сигналу

се М1МД-обработки. Поле 3.2 регистра 3 представл ет собой один разр д, единичное значение которого говорит о необходимости настройки ПЭ СМ на М1МД-обработку, а нулевое - на 81МД- обработку. информации, проход щей через СМ. Поле 3.3 регистра 3 содержит код операции (начальный адрес микропрограммы ) , который управл ет динамической адаптацией маршрутизации прохождени  данных в СМ и способом приема данных в СМ в зависимости от вьтолнени  логических условий на входе 35 устройства. Поле-метка 3.4

50

с выхода элемента ИЛИ 19), по второму тактовому импульсу записываетс в регистр 4 адреса и программирование ПСМ на М1МД-обработку продолжено аналогично рассмотренному. По окончании программировани  ПСМ единичньш сигнал конца микропрограммы с пол  5.3 регистра 5 через второй вход элемента ИЛИ 17 поступает на установочный вход триггера 9 и уста навливает этот триггер в единичное состо ние, которое индицирует процесс завершени  программировани  ПСМ на М1МД- или 51МД-обработку.

5

0

регистра 3 индицирует единичный сигнал только в случае необходимости перепрограммировани  ПЭ в СМ в соответствии с необходимьм алгоритмом. Единичные сигналы с инверсного выхода триггера 9 и пол  3.2 регистра 3 (в случае настройки на М1МД-обра- ботку) поступают соответственно на третий и второй входы элемента И 16, открыва  его дл  прохождени  тактовых импульсов ГТИ 10. Нулевой сигнал с пр мого выхода триггера 9, поступа  на первый вход элемента И 17, запрещает прохождение через него тактовых импульсов, а следовательно и второй режим функционировани  устройства.

Нулевой сигнал с выхода элемента ИЛИ 19,поступа  на соответствующие входы коммутатора 11, разрешает прохождение кода операции (начального адреса микропрограммы) из пол  3.1 ре.гистра 3 на информационный вход регистра 4. Эта запись синхронизируетс  первым тактовьгм импульсом с выхода элемента И 16. По адресу в регистре 4 происходит считывание из блока 1 пам ти в регистр 5 кода операции (определенного ПЭ в СМ) и этот код с выхода пол  5.2 регистра 5 че- рез мультиплексор 13, который работает по первому входу (на его управл ющем входе - единичный уровень сигнала с пол  3.2 регистра 3).поступает на выход устройства, где с соответствующим адресом ПЭ в СМ, дл  которого эта информаци  предназначена, образует группу сигналов на выходе 36 устройства. Информаци  с выхода 36 устройства поступает в ПСМ (фиг,-3), где обрабатываетс  соответствующим образом. Адрес следующей микрокоманды с выхода пол  5.1 регистра 5, проход  через открытый первый вход ком5

0

0

g мутатора 11 (по единичному сигналу

0

с выхода элемента ИЛИ 19), по второму тактовому импульсу записываетс  в регистр 4 адреса и программирование ПСМ на М1МД-обработку продолжено аналогично рассмотренному. По окончании программировани  ПСМ еди ничньш сигнал конца микропрограммы с пол  5.3 регистра 5 через второй вход элемента ИЛИ 17 поступает на установочный вход триггера 9 и устанавливает этот триггер в единичное состо ние, которое индицирует процесс завершени  программировани  ПСМ на М1МД- или 51МД-обработку.

5

Адресаци  ИЭ в ПСМ при программировании происходит с помощью блока 15 (фиг.2) следующим образом.В начале программировани  ПСМ счетчики 42 и 43, а также регистр 44 наход тс  в нулевом состо нии. Единичный сигнал с пол  3.4 регистра 3 поступает на третий (тактовый) вход блока 15, разреша  тем самым прохождение тактовых импульсов на суммирующий вход -счетчика 42. По завершении первого тактового импульса на вьгход 36 устройства выдан код операции на ПЭ в ПСМ, имеющий адрес 0,0 (ну- мераци  строк и столбцов начинаетс  с нул ),так как элемент 28 задержки задержит первый тактовый импульс на врем одного такта и увеличени  содержимо- го счетчиков 42 и 43 не происходит, Второй тактовый импульс, поступа  на суммирующий вход счетчика 42, увеличивает его содержимое на 1 и оставл ет счетчик 43 в нулевом состо нии . Этот же импульс, проход  через элемент 54 задержки (что обусловлено переходными процессами счетчиков ) синхронизирует запись адреса следующего ПЭ в ПСМ-(0,1), дл  которого предназначен очередной код операции в поле 5.2 регистра 5. При достижении адреса граничного ПЭ в ПСМ в данной строке на выходе элемента И 46 по вл етс  единичный сигнал , который обеспечивает через эле- мент И 47 увеличение содержимого счетчика 43 (устанавливает номер следующей строки) и через одновибра- тор 52 и элемент ШЖ 50 обнул ет счетчик 42. Таким образом,, происходи последовательное формирование адресов (код номера строки и код номера столбца), которые фиксируютс  и вьщаютс  на выход 36 устройства с регистра 44. При достижении последней строки на выходе 48 счетчика 43 индицируетс  единичньш сигнал, и при достижении последнего столбца (последний адресуемьм ПЭ в ПСМ) единичный сигнал на выходе элемента И 46, проход  через открытый элемент И 49, вьздает на выход признака индикации блока 15 единичный сигнал и через одновибратор 53 и элементы ИЛИ 50 и 51 обнул ет счетчики 42 и 43, подготавлива  блок 15 к следующему циклу программировани .

При настройке ПЭ в СП на 81МД-об- . заботку (что индицируетс  нулевым

926

сигналом в поле 3.2 регистра 3) мультиплексор 13 работает по своему второму входу (на его управл ющем входе - нулевой с игнал) и на выход 36 устройства поступает код операции из пол  3.1 регистра 3 (единьй дл  всех ПЭ в массиве), и происходит последовательна  настройка всех ПЭ на этот код с помощью блока .15 аналогично рассмотренному. При завершении программировани  ПЭ в ПСМ на выходе элемента ИЛИ 20 по вл етс  единичный сигнал, которьш перебрасывает триггер 9 в единичное состо ние и через врем  задержки элемента 27 обнул ет регистры 4 и 5, подготавлива  их к следующему этапу программировани .Таким образом, завершение режима настройки ПЭ СМ индицируетс  единичным состо нием триггера 9. После програм мировани  ПЭ в ПСМ устройство готово к функционированию во втором режиме .

В режиме выработки управл ющих сигналов с программируемой динамической адаптацией структуры СП и маршрутов передачи данных в СП единичный уровень сигнала с пр мого выхода триггера 9 открывает элемент И 17 дл прохождени  тактовых импульсов с ГТИ 10 на входы синхронизации регистра 6, блока 2 и регистра .7. Нулевой синал с выхода элемента ИЛИ 24, поступа  на соответствующие входы коммутатора 12, разрешает прохождение информации из пол  3.3 регистра 3 (код операции) на информационный вход регистра 6, синхронизаци  записи в которьй происходит по тактовому импульсу с выхода элемента И 17. Начинаетс  функционирование группы блоков устройства, включающей коммутаторы 12, регистр 6, блок 2 пам ти, регистр 7 микрокоманд, мультиплексор 14 логических условий, элементы ШЖ 23 и 24, элемент И 17 и элемент 29 задержки, обусловленное переходными процессами регистра 6 и блока 2 пам ти. По каждому тактовому импульсу в СП в.ыдаетс  микрокоманда, формат которой представлен пол ми регистра 7. Поле 7.1 регистра 7 (выход 37 устройства) задает структуру ПСМ, т.е. определ ет конфигурацию пространственных св зей между ПЭ в СМ (фиг.1 и 3). Пол  7.-4 и 7.3 (выходы 40 и 39 устройства) определ ют адреса считывани  и занесени  информации соответственно до обработки и после обработки информации СП. Пол  7.2 и 7.5 регистра 7 (выходы 38 и 41 устройства) задают маршруты передачи данных относительно входного и выходного буферов в ПСМ. Поле 7.6 регистра 7  вл етс  полем логических условий и совместно с информацией , поступающей на. вход 35 устройства , с помощью мультиплексора 14 и элемента ИЛИ 23 задает ветвлени  в микропрограмме в случае необходимости динамической адаптации структуры СП и маршрутов передачи данных.

8точках ветвлени  микропрограммы с помощью элемента ИЛИ 23 и коммутатора 12 происходит модификаци  адреса в соответствии со значением логического услови  на выходе мультиплексора 14. При по влении единичного сигнала на выходе пол  7.8 регистра (вьшолнение микропрограммы закончено ) решение задачи СП завершаетс 

и по этому сигналу происходит обнуление регистров 6 и 7 и триггера 8 пуска. ГТИ 10 заканчивает свою рабо- ту до следующего цикла функционировани  устройства. Если в следующем цикле функционировани  устройства нет необходимости перепрограммировани  операции ИЗ в СП, то его работа начинаетс  подачей единичного сигнал на вход 33 устройства и нулевого сигнала на вход 32 устройства (триггер

9сохран ет свое единичное состо ние ) . Формат команды, записанной из

.управл ющей машины в регистр 3, в этом случае соответствует нулевым пол м 3.1, 3.2 и 3.4 и ненулевому полю 3.3 регистра 3, т.е. в активизированном режиме задействованы выходы 37-41 устройства. Выход 36 устройства активизируетс  только в режиме программировани  ПЭ СП.

Работа устройства может быть прервана (например, по сигналу управл ющей машины или оператора) единичным импульсом, поступающим на вход 34 устройства. В случае необходимости перепрограммировани  ПЭ в СП на новый алгоритм и решени  зада-чи с заданным алгоритмом функционирование устройства происходит аналогично рассмотренному .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Микропрограммное устройство управлени , содержащее блок пам ти про

   7

   а 5

   10

   15

   54192

   грамм, блок управл ющей пам ти, первый и второй регистры адреса, первый и второй регистры микрокоманд, мультиплексор логических условий, триггер пуска, триггер программировани , генератор тактовых импульсов,первый и второй коммутаторы, два. элемента ИПИ, два элемента И и первый элемент задержки, причем выход первого коммутатора соединен с информационным входом первого регистра адреса, выход первого регистра адреса подключен к адресному входу блока пам ти программ, выход которого соединен с информационным входом первого регистра микрокоманд, выход пол  адреса следующей микрокоманды первого регистра микрокоманд подключен

   2Q к первому информационному входу первого коммутатора, вход запуска устройства соединен с единичным входом триггера пуска, выход которого подключен к входу запуска генератора

   25 тактовых импульсов, выход второго

   коммутатора соединен с информационным входом второго регистра Адреса, выход которого подключен к адресному входу блока управл ющей пам ти, выход

   30 которого соединен с информационным входом второго регистра микрокоманд, выход пол  логических условий второго регистра микрокоманд подключен к первому входу мультиплексора логиче ,. ских условий, второй вход которого  вл етс  входом логических условий устройства, выход пол  адреса следующей микрокоманды второго регистра микрокоманд подключен к первому.ин40 формационному входу второго коммутатора , выход первого элемента ИЛИ подключен к нулевому входу триггера пуска , первый и второй входы первого элемента ИЛИ соединены соответствен- но с входом прерывани  устройства и выходом пол  признака выполнени  микропрограммы второго регистра микрокоманд , первый и второй входы и выход второго элемента ИЛИ подключены соответственно к модифицируемому разр ду пол  адреса следующей микрокоманды второго регистра микрокоманд, выходу мультиплексора логических усовий и модифицируемому разр ду первого информационного входа второго

   коммутатора, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени  за счет реализации программируемой динамической адаптации маршрутов передачи данных, оно содержит регистр управлени , блок формировани  адреса, мультиплексор программировани , третий, четвертый, п тый, шестой и седьмой элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый элементы задержки, при этом выход первого элемента И соединен с входом синхронизации первого регистра адреса и входом первого элемента, задержки, выход которого подключен к входу разрешени  обращени  блока пам ти программ и входу синхронизации первого регистра микрокоманд , первый и второй входы третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с выходом второго элемента задержки и входом запуска устройства, выход третьего элемента ИЛИ подключен к входам сброса первого регистра адреса и первого регистра микрокоманд, вход и выход четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно с выходом первого регистра адреса и управл ющим входом первого коммутатора, первый , второй и третий входы первого элемента И подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов , выходу пол  признака обработки регистра управлени  и инверсному выходу триггера программировани , первый и второй информационные входы управл ющий вход и выход мультиплексора программировани  соединены соответственно с выходом пол  кода операции первого регистра микрокоманд, выходом пол  кода операции регистра управлени , выходом пол  признака обработки регистра управлени  и выходом кода операции устройства, вход сброса, первый и второй тактовые входы , информационньй выход и выход признака индексации блока формировани  адреса подключены соответственно к входу запуска устройства, выходу третьего элемента задержки, выходу пол  метки перепрограммировани  регистра управлени , выходу кода операции устройства и первому входу п того элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом пол  конца микропрограммы первого регистра микрокоманд и входом второго элемента задержки, единичньй и нулевой входы и пр мой выход триггера программировани  подключены соответственно к выходу п того элемента ИЛИ, входу признака перепрограммировани  устройства и пер0

   5

   0

   вому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, который подключен также к входу третьего элемента задержки, выход второго элемента И соединен с входом синхронизации второго регистра адреса и входом четвертого элемента задержки, выход которого подключен к входу разрешени  обращени  блока управл ющей пам ти и входу синхронизации второго регистра микрокоманд, выходы пол  конфигурации, пол  приема данных, пол  адреса записи, пол  адреса считывани  и пол  выдачи данных которого соединены с одноименными выходами устройства, вход сброса , информационный вход, вход синхронизации и выход пол  начального адреса регистра управлени  подключены, соответственно к входу запуска устройства ,входу кода операции устройства, входу синхронизации устройства ивторо5 му информационному входу второго коммутатора , первый и второй входы и выход шестого элемента ИЛИ соединены соответственно с выходом пол  признака выполнени  1 шкропрограммы второго регистра микрокоманд, входом запуска устройства и входами сброса второго регистра адреса и второго регистра микрокоманд, а вход и выход седьмого элемента ИЛИ подключены соответственно к выходу второго регистра адреса и управл ющему входу второго коммутатора.
2. 2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что блок формировани  адреса содержит счетчик индексации столбцов, четьфе элемента И, счетчик индексации строк, регистр адреса, два элемента ИЛИ, два одновибратора и элемент задержки,

   g вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого элемента И и входом синхронизации реги - стра адреса, первьш и второй входы и выход первого элемента И подключены соответственно к первому и второму тактовым входам блока и счетному входу счетчика индексации столбцов , выход которого соединен с первым информационным входом регистра адреса и входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и входу Первого одновибратора, вход сброса блока соединен с входом сброса ре0

   5

   0

   0

   5

   1

   гистра адреса и первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, второй и третий входы и выход первого элемента ИЛИ подключены соответственно к выходу-первого одновибрато- ра, выходу второго одновибратора и входу сброса счетчика индексации столбцов, второй вход и выход второго элемента ИЛИ соединены соответственно с выходом второго одновибратора и входом сброса счетчика и-ндек сации строк, выход которого подключен к второму информационному входу

   54192

   регистра адреса.и первому входу четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом йторого элемента И, выход че1 вертого элемента И подключен к выходу признака индексации блока и входу второго оцновибратора, второй вход и выход третьего элемента И соединены соответственно с выходом первого элемента И и тактовым входом счетчика индексации строк, а выход регистра адреса подключен к информационному выходу блока. . I

   10

   Фиг.1

   а

   А

   W

   48

   v 61

   р«

   Ч1Г

   15

   «Pwe.f

   . J

   Настройка ПЗ s СП на SIMD или MiMD обра- Вотку

   Решение задачи на систоли1 еско процессоре

   пок.усл „ выполнено о /нет

   Динамическа  адапта- ци1 структуры СП H/ifjjfi наршрутов nodavu донных

   Фае. If

   Составитель Г.Виталиев Редактор Н.Бобкова Техред А.КравчукКорректор Л. Пшшпенко

   . ,,, и---«м - -«---

   Заказ 5695/44 Тираж 671Подписное

   ВШШПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна ,4