SU437074A1 - Устройство управлени цифровой вычислительной машины - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть применено в устройствах управлени  цифровых вычислительных машин, способных интерпретировать алгоритмические  зыки.

Известное устройство управлени  по авт. св. № 209040 позвол ет интерпретировать алгоритмические  зыки типа АЛГОЛ-60, т. е. преобразовывать программы, записанные на этих  зыках в рабочие программы, представленные в символах машинного  зыка.

Однако интерпретаци  исходных программ проводитс  без учета критериев оптимальности , поэтому рабочие программы могут быть не оптимальны. Это снижает производителькость вычислительной системы, в которую входит данное устройство.

Цель изобретени  - создание устройства, способного выполн ть не только интерпретацию исходных программ, но и оптимизацию рабочих программ.

С этой целью в устройство управлени  по авт. св. № 209040 введен блок автоматической оптимизации программ, что повышает производительность вычислительной системы.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства управлени  цифровой вычислительной машины совместно с блоками оперативного запоминающего устройства; на фиг. 2-структурна  схема блока автоматической оптимиаации программ.

.

Блоки оперативного запоминаюш,его устройства 1 и долговременного запоминающего устройства 2 образуют оперативную и долговременную пам ть цифровой вычислительной машины.

Устройство управлени  состоит из блока 3 автоматного управлени , осуществл ющего реализацию алгоритмов интерпретации операторов внутреннего  зыка, регистра 4 текущего командного элемента программы, хран щего текущий анализируемый элемент программы , схемы 5 приоритета выполнени  элементов программы, осуществл ющей динамический анализ выполнимости элементов программы , регистра режима 6, в котором содержитс  признак режима, командного блока 7, осуществл ющего микропрограммную реализацию алгоритмов интерпретации операторов внутреннего  зыка, адресного регистра 8, предназначенного дл  задани  адреса запоминаемых микропрограмм, блока 9 чтени  программы , служащего дл  чтени  и выделени  элементов рабочей программы, регистров 10- 12 стековой пам ти, совместно образующих верхнюю оперативную ступень стековой пам ти , блока 13 динамического хранени  содержимого оперативных  чеек устройства, предназначенного дл  динамического хранени  содержимого запоминаемых регистров, блока 14, в который входит группа индекс-регистров , счетчиков и сумматор устройства

управлени  цифровой вычислительной машины .

Предусмотрены также логический блок 15 вычислени  булевских функций, регистр 16 следующего элемента программы, предназначенный дл  хранени  следующего, по отношению к текущему, элемента программы, блок 17 динамической адресации, осуществл ющий обращение к оперативной пам ти по математическому адресу, и блок 18 автоматической оптимизации программ, предназначенный дл  автоматической оптимизации рабочих программ .

Блок 3 автоматного управлени  соединен с регистром 4 текущего командного элемента программы, схемой 5 приоритета выполнени  элементов программы, регистром режима б, командным блоком 7 и адресным регистром 8.

Командный блок 7 соединен с общей кодовой шиной числа и с адресным регистром 8. С общей кодовой щиной числа соединены также регистр 4 текущего командного элемента программы, регистр режима 6, блок чтени  программы 9, оперативные регистры стековой пам ти 10-12, блок 13 динамического хранени  содержимого оперативных  чеек устройства , блок 14, логический блок 15 вычислени  булевских функций и регистр 16 следующего элемента программы.

Командный блок 7, блок чтени  программы 9, блок 17 динамического хранени  содержимого оперативных  чеек устройства, а также адресные регистры оперативного запоминающего устройства. 1 и долговременного запоминающего устройства 2 соединены с общей кодовой шиной адреса.

Кроме того, между некоторыми регистрами имеетс  непосредственна  св зь. В частности, регистр 16 следующего элемента программы соединен с регистром 4 текущего командного элемента программы, схемой ириоретата выполиени  элементов программы 5 и блоком 9 чтени  Программы; регистр 4 текущего командного элемента программы - С адресным -регистром 8 и оперативным регистром 12 стековой пам ти; регистр режима 6 - С схемой 5 приоритета выполнени  элементов программы; адресный регистр 8 - с командным блоком 7.

Кроме того, устройство соде,ржит блок 18 автоматической оптимизации программ, который состоит из регистра 19 номера пол , осуществл ющего задание номера пол  размещени  программного элемента в  чейке пам ти , регистра 20 формировани , шредназначениого дл  по чеечного формировани  программы , триггера режима 21, задающего режим работы блока автоматической оптимизации программ, И автономного автомата управлени  22, управл ющего работой блока автоматической оптимизации программ.

Регистр 19 номера пол , регистр формировани  20, триггер режима 21 соединены с общей кодовой шиной числа через выход 23, автономный автомат 22 управлени  соединен

с блоком 3 автоматного управлени  по ВХОду 24 и выходу 25 и с блоко м 14 - по выходу 26 блоков автоматической оптимизации программ .

Устройство управлени  работает следующим образом. Чтение и выделение элементов рабочей программы выполн етс  блоком 9 чтени  программы. Очередной командный элемент прогр:аммы, состо щий в случае  зыка АЛГОЛ-60 из кода ограничител  и признака операнда, принимаетс  из блока чтени  программы на регистр 16 следующего элемента программы.

Выполнение (интерпретаци ) командных элементов программы осуществл етс  IB соответствии с приоритетом их выполнимости, провер емым схемой приоритета выполнени  элементов программы. Выполн емый командный элемент программы помещаетс  на регистр 4 текущего командного элемента програ.ммы.

Если командный элемент программы не может быть выполнен, то его операнд переписываетс  на регистры стековой пам ти 10-12, образующие верхнюю оперативную ступень стековой пам ти.

В зависимости от интенсивности использовани  алгоритмы интерпретации реализуютс  либо в автомате управлени  3, либо в командном блоке 7 в виде запоминаемых микропрограмм . Дл  выполнени  микропролрамма вызываетс  по адресу в адресном регистре 8, адрес в который либо пересылаетс  из регистра 4 текущего командного элемента программы , либо устанавливаетс  блоком 3 автоматного управлени .

Командным блоком 7 реализуетс  система команд, котора  имеет адресную структуру и обеспечивает запуск и управление операци ми над содержимым регистров устройства управлени  цифровой вычислительной машины и  чеек оперативной пам ти, выполн емых средствами устройства управлени  цифровой вычислительной машины.

Способ интерпретации командного элемента программы зависит от вида синтаксического пон ти   зыка, которому этот элемент принадлежит . Признак текущего интерпретируемого пон ти   зыка фиксируетс  в регистре режимов 6.

Устройство управлени  цифровой вычислительной машины располагает своим сумматором , используемым дл  модификации адресов, и ограниченной группой счетчиков и регистров , содержащихс  в блоке 14.

Широкое Использование стандартных  чеек оперативной пам ти в качестве регистров хранени  обеспечиваетс  применением в предлагаемом устройстве блока 13 динамического храиени  содержимого оперативных  чеек устройства. Адрес требуемой  чейки, прин тый с кодовой шины адреса в блок 13 динамического хранени  содержимого оперативных  чеек устройства, сравниваетс  с адресами  чеек, содержимое которых хранитс  в этом 5 же блоке. При совпадении адресов требуемый

код .выдаетс  из выбранного регистра этого блока «а .кодовую ишну числа. Если среди адресов iB этом блоке нет адреса и.скомой  чейки , содержимое одного из регистров этого блока 1пербнисы ваетс  в соответствующую  чейку пам ти, а иа его .место вызываетс  содержимое требуе-мой  чейки. В результате указанной динамической замены в регистрах блока 13 сохраи. етс  содержимое  чеек, которые используютс  наиболее активно.

Дл  вычислени  переключательных функций , в том числе и от леремениых .выходных сигналов схем устройства управлени , в его состав «веден логический блок 15 вычислени  булевс1ких функций.

Обращение к блоку 1 онеративной пам ти может выполн тьс  как непосредственно по физическому адресу, так и через блок 17 динамической адресации .по математическому адресу. В последнем случае требуемый сегмент информации, если о.н отсутствует в оперативной пам ти, вызываетс  IB нее из внешней па:м ти.

О.птимиза.ци  рабочей программы непосредственно в процессе счета задачи осуществл етс  в Предлагаемом устройстве блоком 18 автоматической оптимизации программы.

Активизаци  работы данного блока блоком 3 автоматного управлени  происходит вс кий раз при входе в .процессе интерпретации (режим интерпретации) в цикл, она:бженный цризнако.м неоптимального цикла. В режиме отладки программы, ,неза;висимо от признака цикла, передача управлени  блоку 18 автоматической оптимизации программ лроисходить не будет.

Формальным признаком оптимального или неоптимального цикла ъ рабочей программе задачи могут служить сами операторы цикла for - дл  неоптимального (исходного) цикла и simple for - дл  оптимального (оптимизированного ) цикла.

В результате работы блока автоматической оптимизации программ 18 последовательно будут выполнены следующими действи ми:

формирова.ние оптимизированной программы цикла, в которой все операторы «for заменены на «simple

занесение сформированной оптимизированной программы цикла на место исходной программы цикла в общей программе задачи;

возможна  выдача пропраммисту информации о выполненных в программе преобразовани х .

По завершении работы блока 18 автоматической оптимизации программ будет возобновлена интерпретаци  вновь сформированной программы цикла. Повторна  активиза.ци  работы данного блока уже не последует вследствие наличи  признака оптимальности цикла - оператор «simple for.

Очередна  встреча неоптимального цикла в программе вновь вызовет прерывание режима интерпретации и вход в режим оптимизации и т. д.

Формируема  блоком автоматической оптимизации программ оптимизированна  програм ма цикла отличаетс  от своего прообраза- исходной программы цикла следующим:

а.инвариантные арифметические подвыражени  (выражени ) вычисл ютс  и полностью исключаютс  из записи всей рабочей программы задачи. В последней в виде констант сохран ютс  лишь результаты вычислени  удал емых подвыражений (выражений);

б.инвариантные булевские подвыражени  вычисл ютс  и полностью исключаютс  из записи всей рабочей программы за.дачи. При этом из рабочей программы может быть полностью исключен булевский терм (выражение ), если вход щее в него инвариантное подвыражение равно 0/1/;

б. програм.мные записи индексных выражений (помимо выполнени  в них действий в соответствии с п. а) вынос тс  в рабочей программе задачи за пределы циклов, по отнощению к которым эти выражени  инварианттны . Внутри циклов эти выражени  представл ютс  фиктивными переменными;

г.условные операторы, содержащие инвариантное булевское выражение, в зависимое ги от значени  выражени  и типа оператора, либо полностью исключаютс  из рабочей программы задачи, либо замен ютс  соответствующими безусловными операторами;

д.естественна  (скобочна ) запись арифметических и булевских выражений в исходной програ.мме цикла преобразуетс  в оптимизированной программе цикла в запись также формульного вида, расположение элементов которой в больщинстве случаев соответствует последовательности их (элементов) выполнени , что позвол ет ускорить процесс решени . Исключение составл ют лишь случаи скобочной записи теремов, соседних .в записи исходного выражени .

Информаци , выдаваема  программисту блоком автоматической оптимизации программ , содержит исходную програм.му циклов; оптимизированную программу цикла; программные записи исключенных из цикла ариф.метических и булевских .выражений (подвыражений ), условных операторов, а также вынесенных из цикла индексных выражений.

Блок 18 автоматической оптимизации программ работает следующим образом (см. фиг. 2). Управление работой рассматриваемого блока осуществл етс  с помощью автономного автомата управлени  22, сигнал запуска которого по входу 24 поступает из блока 3 автоматного упра.влени .

Триггер режима 21 хранит признак текущего режима работы (счет или отладка) и, в случае режима отладки, блокирует передачу управлени  блоку 18 автоматической оптимизации программ блоком 3 автоматного управлени .

В свою очередь, автономный автомат управлени  22 1ПО выходу 25 пер&дает управление блоку 3 автоматного управлени  либо

временно с последующим возвратом - в процеосе оптимизации, либо посто нно - по окончании ее.

Временна  передача управлени  блоку автоматного управлени  3 происходит в случае необходимости выполнени  в процессе оптимизации функций, св занных с интерпретацией програм.мы. Сюда входит чтение и выделение элементов рабочей программы, а также выполнение командных элементов, которые содержатс  в исключаемых из цикла арифметических и булевских подвыражени х (выражени х ) .

В лроцесе обработки нрограм1мы цикла с помощью регистра формировани  20 в блоке 1 оперативной пам ти осуществл етс  форМИрование двух массивов программных за-писсй- оптимизированной программы цикла п фрагментов исходной программы цикла, исключенных из нее нли вынесенных в программе за пределы цикла в результате оптимизации.

Регистр 20 формировани  разбит на отдельные пол , каждое длиной в байт, с возможностью независимого обращени  к ним. Формируемые в регистре 20 фор1мировани  программные записи поступают в него по входу 23 через кодовую шину числа из регистра 4 текущего командного элемента и блока 9 чтени  прорра.ммы (см. фиг. I).

Задание текущего номера пол  формируемой в регистре 20 формировани  записи массива осуществл етс  с помощью регистра 19 номера пол .

Регистр 19 номера нол  и регистр 20 формировани   вл ютс  оперативными регистрами . Их содержимое хранитс  в оперативной пам ти вместе с соответствующими массивами и вызываетс  в эти регистры по мере необходимости .

Текущие границы массивов фиксируютс  по выходу 26 с помощью двух счетчиков из группы счетчиков и регистров блока 14.

Фрагменты арифметических (булевских) выражений, исключаемых из исходной программы цикла, содержат в себе .величины, инвариантные по отношению к охватывающему их циклу.

Дл  вы влени  таких величин нроверке на инвариантность должны быть подвергнуты все компоненты арифметических (булевских) выражений , содержащихс  в исходной программе цикла.

Применительно к булевским выражени м така  проверка может быть нрервана при обнаружении в булевском терме (выражении) инвариантного подвыражени , равного О /1/. В этом случае исключению из цикла подлежит весь булевский терм (выражение).

Анализируем.а  переменна  будет причислена к категории зависимых от цикла величиьг, если в теле цикла ей приоваиваетс  какоелибо выражение, содержащее в своем составе параметр цикла, ту же самую неременную (пр мо или косвенно) или другую зависимую

от цикла -величину. В противном случае нередменна  инвариантна (по отношению к охватывающему ее циклу.

С помощью регистра 20 формировани  в блоке 1 оперативной пам ти формируетс  служебный массив, содержащий описок величин , которьш в теле цикла присваиваютс  какие-либо выражени , и адресов начала записи этих выражений IB исходной (рабочей) програММе .

Каждый элемент массива разбит на три информационных пол , формируемый слул ебный массив запоминаетс  в блоке 1 оперативной пам ти. Текуща  граница массива фиксируетс  по выходу 26 с помощью счетчика и регистров блока 14.

Проверка на инвариан-гаость состоит в сравнении адреса каждой компоненты выражени  с содержимым пол  величин присваивани  элементов служебного иматевва (первое инфармационное поле).

Адрес текущей компоненты заноситс  IB адресный регистр 8 из регистра текущего командного элемента программы 4, а элементы служебного массива последовательно выбираютс  из блока 1 оперативной пам ти в регистр 20 формировани  через кодовую шину числа.

Сравнение осуществл етс  с помощью сумматора устройства управлени  цифровой вычислительной машины, содержащегос  в блоке 14. При обнаружении данной компоненты на поле величин присваивани  какого-либо элемента служебного массива выражение,присваиваемое ей (адрес начала записи его в программе содержитс  на втором информационном поле этого же элемента матеива), провер етс  на выполнение в нем одного из упом нутых условий зависимости переменной от цикла.

Этот процесс может пoвтQpитьc  многократно , если величине, вход щей в присваиваемое Еырал ение, в свою очередь, также присваиваетс  KaiKoe-либо другое выражение.

Дл  ускорени  цикла обращени  к служебному массиву, в случае повторного обращени  к нему по одной и той же переменной, в структуре элементов массива предусматриваетс  наличие отдельных разр довнпризнаков, хран щих результат предыдущей проверки (третье информационное поле).

Использование блоком 18 автоматической оптимизации программ некоторых оперативных регистров, счетчиков и сумматора устpoficTBa управлени  цифровой вычислительной машины представл етс  возможным благодар  тому, что в режиме оптимизации они оказываютс  свободными от выполнени  своих основных функций, обусловленных режимом интерпретации.

В свою очередь, регистры |блока автоматической оптимизации программ также могут быть оперативно использованы в режиме интерпретации .

Предмет изобретени 

Claims (2)

1. Устройство управлени  цифровой вычислительной машины по авт. св. № 209040, о тличающеес  тем, что, с целью увеличени  производительности, -в него введен блок автоматической оптимизации иропрамм, первый выход которого соединен с блоком perHCTpOiB, второй выход соединен с входом блока автоматного у1пра1влени , третий выход - с кодовой шиной устройства, а вход 1блока автоматической оптимизации программ соединен с выходом блока автоматного управлени .

2. Устройство управлени  по п. 1, отличающеес  тем, что блок автоматической оптимизации программ содержит регистр номера пол , (регистр формировани , триггер режима и автономный а1втомат управлени , причем выходы автономного автомата управлени  соединены с первым и вторым выходом, регистр номера пол , регистр формировани  и триггер режима соединены с третьим выходом блока, а вход автономного автомата управлени  соединен с входом блока.