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一种具有合作能力的同构型多计算机系统及其合作方法技术方案

技术编号:2893619 阅读:206 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种Cecoputer(具有合作能力的同构型多计算机)系统及其合作方法。它由同构型单元计算机和Ceco总线组成。利用本发明专利技术的合作方法,该系统的单元计算机可合作执行Ceco指令。而且,系统的单元计算机进行过改进,从而不仅能在Cecoputer系统中合作运行,还能与原型计算机兼容作为单个计算机使用。本发明专利技术的系统在内部具备有可扩张的多机功能,并可以利用维部件概念以多维空间形成或其他拓朴结构相结合。(*该技术在2006年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多计算机系统,尤其涉及。目前,在计算机结构领域中,并行处理技术(Parallel Processing)已成为重要方向,其结构主要是多机系统,现在的研究目标在于高速运算和人工智能二方面,并已开始从实验室走向商业销售。尽管在当前市场上,冯·诺依曼(Von Neumamn)单机仍占绝对优势,並且人们仍在继续对其进行研究以便进一步提高速度,容量等各项指标。然而,由于单机理论极限取决于电子运动的30Cm/ns速度和CPU的体积,因此,对多机结构的并行处理的研究是必然的。埃里克丁·勒纳(Ericj.Lerner)在“高技术(high Technology)”杂志中1985年7月(P20)以“进入商用的并行处理(Parallel Processing gets down to business)”为题发表文章,其中介绍了以下几类有商用价值的代表性多机系统结构名称 单元数目 时钟间期 最高速度 存储器形式 其他特征(ns)1 MPP 16384 100 65 分布式存储器 小颗粒BIPS2 Connection 64000 1000 10 分布式存储器 小颗粒BIPS3 NONVON 8000 1500 16 分布式存储器 小颗粒BIPS4 IPSC 32- 100 2-8 分布式存储器 大颗粒MFLOPS5 Butterfly 128 - 200 分享存储器 大颗粒MIPS6 Sigma-I 256 100 100 分布式存储器 数据流MFLOPS7 Cedar 32 100 10 分享存储器 数据流MFLOPS(其中BIPS为每秒109条指令;MFLOP为每秒106条浮点指令;MIPS为每秒106条指令)。结合其他文章,总起来讲一般可认为当前的研究及商业前景具有下述特征A.方案和新设计多,分类方法也多,困难不少,整个技术处于发展扩张期;B.商业应用中的分布式存储器类型很多;C.研究目标是高速运算和人工智能,期望以之取代巨型、大型机市场;D.由于多计算机在结构上的独立性,因而在多机结构中难于对系统进行管理和程序编制;对大颗粒机组合的数目至今最多至256。E.多机结构设计和应用算法密切相关,系统达不到通用性;F.各计算机之间联系是通讯方式,並建有专门通路。然而,尽管对多机结构进行了很多研究,但和单机的计算机发展相比,由于技术上的困难,近期难于以多机来取代单机,在一些文献和杂志中(如“high technology”1985年7月在P26以“Parallel machin es take on supercomputer”为题所发表的文章中所述)认为其预兆不佳,其原因在于①与单机相比,多机系统的管理问题太复杂;②多机系统的软件有待发展,而这些软件即使成功也大大不同于传统方式的软件,难以使用。除了上述文章中介绍的情况外IBM在1985年的“并行处理国际会议(international Conference on Parallel Processing)”上表明他们正在研究RP3计划(参见G.F.Ptiten等著“Research Parallel Processor Prototype(RP3) introduction architecture”P264),这是一个hyber Cube加上Share memory(分享存储器)的结构。此外“电子学(Electrics)”杂志1983.6月在P114和P111上分别以“西欧期待并行处理成为未来的计算机(Western Europe Looks to Parallel Processing for future Computer)”和“日本正在试制可制造的数据流计算机(Japan is busy trying to make manufacturable data flow Computer)”为题发表文章,介绍了西欧的研究状况和日本在数据流方面的研究。多计算机结构是上述各种多机结构中单元独立性最强,结构通用性最好,并在价格上有很大潜在优势的分支,尤其是同构的多计算机系统,其优点更是显而易见的。现有的多计算机结构的典型例子是1.Cosmic机,是第一个利用Hyber cube连接的机器,它是以2n个计算机单元为结点,每点具备n个点对点通讯连接,系统以MIMD的并行方式工作,用massage passing的算法,在Intel Scientific Computers公司的产品IPSC中仍见到对该方法的介绍。2.transputer也是一种同构的多计算机系统,每种计算机单元有三个串行通讯口,以1-10Mbit/sec速度完成多机之间的通讯,以Oceam为语言工具。但是,多计算机系统尽管得到了上述结构上的优点,而其付出的代价是其在系统管理软件编制方面的复杂和困难程序大大超过多处理机系统。具体讲,现有的多计算机结构,由于其单元保持了完整的独立性,从而使系统在用户和操作系统面前表现为多个独立的指令流和他们之间的仅有的通讯方式联系。作为系统管理,这种通讯模式具备的多机管理能力(表现为外部对指令流的管理能力)实在太弱,而作为面向应用的算法,这种多指令流加通讯的方式又大大限制了用户算法,因而只能有为数不多的模型才能和这种结构匹配。同时,由于这种多机管理和用户算法要求在同一层次,以同一手段加以解决,从而尽管多计算机结构系统在结构上的通用性很好,但却无法广泛应用,其原因在于它的多指令流+通讯形式无法在多机管理能力和对用户算法的适应能力上取得突破。它无法在整体上,在结构层次上为用户提供惯用的单流程图方式。本专利技术的目的是提供一种具有合作能力的同构型多计算机(以下简称Cecoputer)系统,它包括若干根据本专利技术的单元计算机,以及连接各个单元计算机,並能传递数据的一组数据线(以下简称Ceco数据线)和一组用于对系统的工作状况进行管理的线(以下简称Ceco管理线)。系统进入操作时,多机之间的单个数据传递都被压入机器周期层次,从而使Cecoputer系统中的工作机器周期(以下简称Ceco周期)具备了多机之间横向连系的能力,並使Cecoputer系统中的指令(以下简称为Ceco指令)能够完成多机操作,这意味着在指令层次上,即可解决大量的系统多机之间的硬件处理问题。其次,Ceco指令表和单机的指令表以页面方式组合,从而形成具有相同操作码空间的结构,因此具备了丰富的扩张能力和自由设计能力,这为适应各应用算法和增强多机系统本身的管理能力提供了丰富的,其它方法不能比的潜力。另外,由于为Cecoputer系统提供Ceco指令的指令码的单元计算机(以下称之为首本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有合作能力的同构型多计算机系统,其特征在于包括:一组CeCo总线,它能传送数据和对Cecoputer系统中多单元计算机进行管理的信号;多个单元计算机,每个单元计算机包括I/O部件、存贮器M,内部数据总线IDB,编码和选择部件NCP ,多机控制部件MCP、窗口部件WP以及CPU;Cecoputer系统的各单元计算机通过所述的Ceco总线相连。

【技术特征摘要】
1.一种具有合作能力的同构型多计算机系统,其特征在于包括一组CeCo总线,它能传送数据和对Cecoputer系统中多单元计算机进行管理的信号;多个单元计算机,每个单元计算机包括I/O部件、存贮器M,内部数据总线IDB,编码和选择部件NCP,多机控制部件MCP、窗口部件WP以及CPU;Cecoputer系统的各单元计算机通过所述的Ceco总线相连。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于所述的CeCo总线包括一组在多机之间传递数据的CeCo数据线和一组对Cecoputer系统中各单元计算机进行管理的Ceco管理线。3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于时分条件下的CeCo总线仅仅是一组和Ceco数据线宽度相同的线通过CPT信号对分别与ceco数据线和ceco管理线相连的两个开关装置150′,151进行时分控制,可使Ceco总线在不同时间内分别作为Ceco数据线和Ceco管理线的用途。4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于所述的单元计算机中的所述NCP部件的一部分作为I/O部件与内部数据总线相连,另两端与编码线和Cecoputer系统定义的本机编码线相连,它输出编号选中信号NCS和多机合作启动信号CST到MCP部件;所述的MCP部件接收NCP部件送来的所述NCS信号、CST信号和系统初始化定义的Sch/fo信号,CPU总清信号,并由首机产生用于各单元计算机进入合作的同步脉冲ssync,以及命令本机CPU进入等待的同步脉冲信号sync、本机状态标志信号ch/fo和标志CPU执行CeCo指令的信号CPT;所述的CPU可接收MCP送来的sync、ch/fo和CPT信号,并产生对窗口部件的控制信号和对所述的CPU、存贮器等从部件对内部数据总线是否进行屏蔽的控制信号;窗口部件的一端与内部数据总线相连,另一端与系统的CeCo数据线相连,它受CPU送来的信号控制。5.根据权利要求1或4的系统,其特征在于所述单元计算机中的编码和选择部件NCP包括编码器装置,它可接收ch/fo信号,该信号决定编码器装置是否把单元机编码送至编码线;逻辑比较器装置,它把编码线送来的单元机编码与本机编码相比较,而后输出比较结果;选通装置,接收逻辑比较器的输出,如果本机被选中进入合作,则在选通信号到来时,产生一选通信号。选通寄存器装置,它接收选通装置输出的选通信号和编码线送来的选通寄存器总清信号,并由选通信号触发产生一选中信号NCS,当总清信号到来时结束该NCS信号;6.权利要求1或4所述系统,其特征在于所述的单元计算机中的多机控制部件MCP包括态寄存器装置,它接收系统定义,而来的Sch/fo和Reset信号,以及态传递线和来自NCP部件的NCS信号,以实现系统中可能的首态传递,其输出信号ch/fo分别送往各自的CPU同步脉冲发生器和SC信号发生器装置。同步脉冲发生器装置,它接收CST信号和来自态寄存器的信号,只有被系统定义为首机的单元计算机的态寄存器产生的输出信号,才允许同步脉冲发生器装置产生的同步脉冲信号送至SC信号发生器装置和系统同步进入线ssyNc;SC信号发生器装置,它接收来自NCP部件的NCS信号CST信号以及同步脉冲发生器装置输出的同步脉冲信号(当本机为首机时)或由ssync线送来的同步脉冲信号(当本机为从机时),然后产生去往CPU的同步脉冲信号sync和标志CPU执行CeCo指令的信号CPT。7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于所述单元计算机中的多机控制部件MCP包括态寄存器装置,它由非门313,或非门314、315、与门317及D触发器316组成,与门313和或非门314、315接收Reset,Sch/fo信号并输至D触发器316的R,S端,与门317接收CST信号和态传递信号并将它们相“与”后送至D触发器316的CP端,D触发器被连接成计数状态;同步脉冲发生器装置,由三态禁止门318和单稳装置319组成,三态禁止门318受态寄存器装置的D触发器316的输出所控制,以决定单稳装置319的输出是否可通过318输出,单稳装置接收CST信号和时钟信号产生一脉冲去往三态禁止门318;SC信号发生器装置,由与门321、323和D触发器322组成,与门321将ssync信号和NCP送来的NCS信号相“与”,然后,产生sync信号分别送往CPU和与门323,323将其和Rsync信号相“与”,并将结果输出到D触发器322的S端,从而使其产生送往CPU的信号CPT,CST信号的下跳沿进入D触发器322的CP端,使其Q端复位。8.根据权利要求1或4所述的系统,其特征在于所述的单元计算机的CPU包括页面标志装置,用于指定要求的附加译码器阵列;多个附加译码器阵列,它可由ROM组成,亦可做成由用户程序可编的RAM结构,它在页面标志和ch/fo信号作用下,可在执行CeCo指令中的非“PC”寻址机器周期有效期间,由操作码寄存器和指令时序控制译码阵列产生下述多机功能因子信号;CV/CECPU对内部数据总线读写有效/无效MV/ME存贮器等从部件对内部数据总线读写有效/无效WV/WE窗口部件有效/无效DI/DO数据通过窗口部件进入内部数据总线/数据送出到CeCo数据线首、从机之间的各种配合,可通过上述多机功能因子的不同组合而予实现;专用多机功能因子产生器装置,它接收ch/fo、CPT和表示当前是否处于指令寄数器寻址的“PC”信号,当多机进入合作时,如果该单元计算机处于CeCo指令中的由“PC”寻址机器周期时(此时,“PC”=1),它所产生的多机功能因子信号在首机中恒为(CV、MV、WV、DO),在从机恒为(CV、ME、WV、DI),当单元计算机是独立操作未进入多机合作时,它产生的多机功能因子信号恒为(CV、MV、WE、/),在执行CeCo指令中的非“PC”寻址机器周期时,专用多机功能因子产生器装置发出一信号去控制附加译码阵列;窗口时序调整装置,它接收从附加译码阵列或专用多机功能因子产生器装置来的多机功能因子信号,并对其时序做适当调整,然后将其送往窗口部件以控制窗口部件。9.根据权利要求1或4所述的系统,其特征在于如果利用现有的CPU,需要在其上附加指令时序跟踪部件,由操作码锁存器702和指令MC时序跟踪703组成,用于跟踪CPU中的时序并和其同步,702与IDB相连并在指令的开始机器周期能读入并锁定操作码;页面标志610,用于指定要求的附加译码阵列;多个附加译码阵列,可由ROM组成,亦可由用户可编程的RAM构成,在页面标志610和ch/fo以及专用多机功能因子的作用下由指令时序跟踪部件和操作码锁存器译码;专用多机功能因子产生器装置610以及窗口时序调整器装置613。10.根据权利要求1或4所述系统,其特征在于当进入合作的单元计算机之间以同步并行方式传递数据时,所述单元计算机的窗口部件是由译码器和若干三态禁止门组成的,所述译码器接收来自CPU的控制信号并产生输出去控制三态禁止门的导通方向和时间。11.根据权利要求1或4所述系统,其特征在于当合作的单元计算机之间以异步并行方式传递数据时,所述单元计算机的窗口部件包括译码延迟器106′,它接收来自CPU的控制信号,并输出定义本窗口状态的信号;传递速率脉冲产生器108′,接收译码延迟器106′的输出,并产生去往三态禁止门109′的信号;三态禁止门109′,它接收108′输出脉冲后即产生一等宽脉冲至数据传递速率控制线100′;装置107′,它接收对CPU来的控制信号的反相信号和线100′上的信号,...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐肇昌吴东明
申请(专利权)人:徐肇昌
类型:发明
国别省市:31[中国|上海]

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